600MW对冲燃煤锅炉降低NOz排放的数值模拟

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1、北京交通大学硕士学位论文600MW对冲燃煤锅炉降低NO排放的数值模拟姓名：王蕾申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：何伯述20081201北京交通大学硕士学位论文中文摘要中文摘要摘要：火力发电在我国电力供应方面占有重要地位。随着大容量机组在总装机容量中的比例不断增加，燃煤污染物排放越来越严重。降低N O x 排放成为燃煤电厂面临的重要问题之一。本文利用F l u e n t 软件对6 0 0 M W 对冲燃煤锅炉原设计工况进行数值模拟，预报了炉内的温度场，速度场、各组分的浓度场以及颗粒轨迹等，给出了炉内的N O x 分布。并与实际情况进行比较。在此基础上，对锅炉进行低N O x改造。本文根

2、据N O x 的生成机理与控制方法，首先对原设计工况燃尽风量进行改变，保持总风量不变，减少二，三次风量，增加燃尽风风量，采用分级燃烧通过改变二，三次风量和燃尽风量的配比降低N O x 的排放，由配比方式的不同，进行了三种变工况的研究。其次，根据本锅炉的特点，改变二次风旋流数的大小进行了三种变工况的研究。在工况一，二的基础上，适当燃尽风量由停运层燃烧器送入进行了两种情况的研究。结果表明，增加燃尽风量能够不同程度地降低N O x 的浓度，但是燃尽率下降；在强旋流条件下，减小旋流数能够降低N O x 的浓度，但是降低幅度不大。增加停运层漏风量后，N O x 出口浓度略有升高，燃尽率提高。关键词：分级

3、燃烧；旋流数；数值模拟；F l u e n t 软件；低N O x分类号：X 5 1 1北京交通大学硕士学位论文A BS T R A C TA B S T R A C T ：T h et h e r m a lp o w e rt a k e so fad o m i n a n tp o s i t i o ni nt h ee l e c t r i c i t ys u p p l yi nC h i n a 1 1 1 cp o l l u t i o no fc o a lc o m b u s i o ni sm o r ea n dm o r es e r i o u sw i

4、t ht h ei n c r e a s i n go fl a r g ec a p a c i t yu n i t si ni n s t a l l e dg r o s sc a p a c i t y R e d u c i n gt h eN O xe m i s s i o nw i l lb eo r s eo ft h ep r e s s i n gp r o b l e m sf o rc o a l f i r e dp o w e rp l a n t B yu s i n gF l u e n ts o f t w a r e , t h eo r i g i

5、n a ld e s i g no p e r a t i o nw a ss i m u l a t e df o rt h e6 0 0 M Wo p p o s e dc o a l - f i r e db o i l e r T h ev e l o c i t y , t e m p e r a t u r e , t h eN O xa n do t h e rp a r a m e t e rd i s t r i b u t i o n sw o r ep r e s e n t e d T h es i m u l a t e dr e s u l t sw e r ec

6、o m p a r e dw i t ht h o s ei nt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o n B a s e dO r St h es i m u l a t e da n a l y s i s , t h eb o i l e rn e e db er e b u i l d e dt or e d u c et h eN O xe m i s s i o n A c c o r d i n gt ot h ew a yo fc o m b u s i t o n , t h ea m o u n to ft h eO v e rF i r

7、 eA i r ( O F A ) a n dt h eS e c o n dA i rw o r ec h a n g e dt od e c r e a s et h eN O xe m i s s i o nw i t l lt h em e t h o do fc l a s s i f i e dc o m b u s t i o n T h r c es i m u l a t e do p e r a t i o nc o n d i t i o n sa r ed e s i g n e da n dc a r d e do u t T h e nt h es w i r ln

8、 u m b e ro ft h eS e c o n dA i rW a sc h a n g e df o ro t h e rt h r e ec o n d i t i o n s F i n a l l y , t h ec o o la i ra m o u n to fn o n - w o r kb u r n e r sW a Sc h a n g e dO r st h eb a s eo fc l a s s i f i e dc o m b u s t i o n T l 坞r e s u l t ss h o wt h a ta l lt h ef i r s tt

9、h r e eo p e r a t i o nc o n d i t i o n sc o u l dd e c r e a s et h ec o n t e n t so f N O xi ns o m ed e g r e e B u t , t h eb u m - o f f r a t ei sd e c r e a s e d 1 1 坞c o n t e n t so fN O xd e c l i n eb yr e d u c i n gs w i r ln u m b e ri ns t r o n gs w i r lf l o w T h ec o n c e n

10、t r a t i o no f N O xw i l lr a i s e 谢mt h ei n c r e a s i n ga i ro fn o n - w o r kb u r n e r sO i lt h eb a s eo fc l a s s i f i e dc o m b u s t -i o n 皿eb u m - o f f r a t ea l s og o e su p K E Y w O R D S ：c l a s s i f i e dc o m b u s t i o n ：s w i r ln u m b e r ：n u m e r i c a ls

11、i m u l a t i 0 1 1 | F l u e n ts o f t w a r e ：l o wN O x ；C L A S S N O ：X 51 1北京交通大学硕士学位论文独创性声明独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大

12、学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：碡导师签名：1 币伽z签字日期：伽彦年z 月护日签字日期：胡年，月日北京交通大学硕士学位论文致谢致谢本论文的工作是在我的导师何伯述老师的悉心指导下完成的，何伯述老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢何伯述老师对我的关心和指导。何伯述老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予

13、了我很大的关心和帮助，在此向何伯述老师表示衷心的谢意。在实验室工作及撰写论文期间，冯戈、李鸣杨、同少莉、崔雅楠等同学对我论文中的科学研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学生k 。l 绪论1 1 课题背景及研究意义1 绪论能源与环境是当今人类发展所面临的两个重要问题，兼顾能源工业的发展与环境保护是中国走可持续发展道路的重要课题之一在我国能源领域中，煤炭占有重要的地位，提供了一次能源的7 0 嘣1 1 ，控制着能源经济的重要命脉。而且在较长时间内我国的这种以煤炭为主的能源结构不会改变 2 1 在我国电力供应方面，火力发电

14、占主要地位。截止2 0 0 7 年底，全国发电装机容量达到7 1 3 2 9 万千瓦。火电达到5 5 4 4 2 万千瓦，约占总容量7 7 7 3 嘣引而且，我国的燃煤发电机组正朝着大容量、高参数的方向发展。8 0 年代以安装1 0 0 3 0 0 M W 机组为主，9 0 年代以安装3 0 0 - - 6 0 0 M W 机组为主，参数则从高压、超高压、亚临界压力并用过渡到以亚临界压力为主，并开始采用超临界压力参数。现在我国火力发电厂每吨煤炭排放的各种污染物数量见表1 1 【4 】。随着我国电力工业的发展，尽管随着大容量机组在总装机容量中的比例不断增加，发电煤耗也不断下降以及单位发电量的排放

15、也在逐年减少，但是由于发电总量的迅速扩大，如2 0 0 0 年燃煤发电厂排放N O x 为2 9 0 万t ，预计到2 0 1 0 年，我国N O x 的总排放量可能超过1 0 0 0 万t ，氮氧化物将成为举足轻重的大气污染物。所以，无论是针对我国地域的环保要求，还是全球范围的环保要求，化石能源特别是燃煤能源都面临很大压力。表1 1 每吨煤炭燃烧各种污染物排放量k g tI 污染物二氧化碳碳氢化合物氮氧化物二氧化硫灰渣烟尘l 数量O 3 50 0 9 19 0 81 6 7 2 S1 0 0 0 A C1 0 0 0 A ( 1 - C )注：S 为含硫率，A 为含灰率，C 为除尘率煤炭的主

16、要成分是碳、氢、氧、氮、硫等，所以煤炭燃烧后会产生大量的固体颗粒，而且含硫含氮物在燃烧过程中被氧化，生成对大气产生严重危害的S O x和N O x 。而作为一次能源主要组成部分的煤炭有8 0 以上是用于直接燃烧的。所以煤炭对环境的污染主要是其燃烧过程中产生的污染物对环境的污染。燃煤产生的大气污染物占污染物排放总量的比例较大。其中，二氧化硫占8 7 ，氮氧化物占6 7 ，一氧化碳占6 7 ，烟尘占6 0 。目前，粉尘排放的问题已经基本得到了解决，但是硫氧化物和氮氧化物的污染问题有日益恶化的趋势。北京交通大学硕士学位论文N O x 是氮的氧化物的统称，现在知道的氮的氧化物中有N O 、N 0 2

17、、N 2 0 ，N 2 0 3 、N 2 0 4 ，N 2 0 5 等，其危害性【5 】主要表现在以下几个方面：( 1 ) 氮氧化物对人类健康的危害在各种污染源排放的氮氧化物中，N O 含量占有9 0 【6 】，其毒性不是很大，但是N O 进入大气后发生氧化反应后的产物N 0 2 比较稳定，其毒性是N O 的4 5倍。它很易与人体和动物血液中的血色素混合夺取养分，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症，还强烈刺激呼吸器管粘膜，引起肺部疾病。还对人体的心、肝、肾脏及造血组织有害，严重时会导致死亡。空气中的N 0 2 含量在3 5 x 1 0 击( 体积分数)持续1 h ，就开始对人体有影响；含量为( 2

18、 啦5 0 ) 1 0 。6 时，对人眼有刺激作用；当含量达到1 5 0 x 1 0 西时，对人体器官产生强烈刺激作用。研究表明，N 0 2 还参与产生光化学烟雾的形成。大气中N O x 和挥发性有机物V O C 达到一定浓度后，在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应，就会产生以高浓度0 3 和细颗粒物为特征的光化学烟雾，形成了夏季城市天空经常出现的蓝色烟雾。由于我国大气中V O C 浓度较高，光化学烟雾的产生主要受N O x 制约，大气中N o 浓度的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。光化学烟雾是一种二次污染，污染区主要位于污染源下风向3 0 5 0 k m 。由于0 3 和细颗粒物可以长

19、距离传输，造成区域性的氧化剂污染和细颗粒污染，使区域空气质量退化，太阳辐射减少，气候发生变化。能使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激作用，并会产生头痛、呼吸道疾病恶化，严重的会造成死亡。N 0 2 还有致癌作用，严重威胁着人类的身体健康。又称为“笑气”，曾经在世界大战中用于制造非人道的生化武器残害人类生命。( 2 ) 氮氧化物对森林和作物生长的影响大气污染对农业和林业的损害是相当大的，可引起农作物和林木枯黄，产量降低，品质变劣。随着污染物质的扩散可危机广大地区。由二氧化硫形成的硫酸和氮氧化物形成的硝酸是酸雨的主要成分。酸雨会破坏作物和树根系统的营养循环【7 】。( 3 ) 氮氧化物对气候

20、变化的影响以及对臭氧层的破坏全球气候的变化和臭氧的减少都直接与氧化亚氮的增加有关。N 2 0 和二氧化碳一样，会引起温室效应，因为N 2 0 的含量较少，所以人们对它所引起的温室效应还不够了解，事实上产生温室效应的能力要比二氧化碳大的多。大气中的氯氟化碳和N 2 0 在光合作用下释放出氯和氮原子，而氯和氮原子参与催化循环，两者都可以破坏无数的臭氧分子，导致臭氧层减少，使较多的紫外线辐射得以射到地球表面。研究表明，皮肤癌、免疫系统的抑制、暴雨、水中和陆上生物系统的损害、聚合物的破坏和地面雾的恶化都可能与此有关【8 】。21 绪论近年来随着我国产业结构由粗放型向集约型的转变和能源消费结构的优化调整

21、，能源消耗排放N O x 不断增加的趋势有所缓解，但是，N O x 排放在行业，燃料及地区分布上均极为不平衡特征并没有改变。排放N O x 较多的经济行业依然是工业，电力和交通运输部门，占排放总量的9 0 以上。电力工业又是我国的燃煤大户，火电厂是N O x 的主要来源之一。据预测，到2 0 1 0 年，我国煤炭消耗将达到1 6 9 亿1 9 9 亿吨；到2 0 2 0 年，原煤消耗将达到2 0 5 2 9 0 亿吨，燃煤产生的N O x 将急剧增力f i c 4 。我国对1 0 0 0 t h 以上的固态排渣煤粉炉的N O x 排放标准为6 5 0 m g m 3 ，而德国要求2 0 0m

22、g m 3 ，日本要求4 1 0m g m 3 ，随着国家对环境保护的日益重视，我国的标准也在提高。从2 0 0 4 年7 月1 日起，我国对排放实施全面收费计划，要求各燃煤电站尽可能的降低N O x 的排放。所以，研究煤燃烧过程中的形成机理及其控制方法，降低火电厂N O x 的排放，对促进国民经济发展和改善生态环境具有重要的意义。1 2 低N O x 技术的研究现状国内的一些高校正致力于降低N O x 排放的研究中，华中科技大学等在分级燃烧的最佳一次风系数方面做了大量的研究工作【9 】，通过试验来确定一次风的空气系数，清华大学【1 0 1 ，华北电力大学【l l 】等在数值模拟方面具有较大的

23、优势，对于锅炉燃烧的模拟有一定的经验。在国外，分级燃烧已经是一种比较成熟的降低N O x排放的技术，但是它主要是试验研究和工程应用，效率有待迸一步的提高。目前，西欧和美国一些国家正致力于将再燃技术推广到煤粉锅炉的应用上；美国的R e a c t i o nE n g i n e e r i n gI n t o r n a t i o n a l 自己开发了一套数值计算的软件，主要是对N O x 的产生过程进行模拟。1 3 课题的提出及主要研究内容目前我国国内很多燃煤锅炉机组缺少有效的洁净煤燃烧技术，为保护环境，更加合理有效地利用资源，必须对这些机组进行改造，以实现环境和经济的和谐发展。在这样

24、的背景下，本文在何伯述老师的指导下开始了燃煤锅炉的低N O x 排放研究。随着计算机模拟技术的飞速发展，拟已经成为研究锅炉内燃烧的主要手段。针对煤粉燃烧过程( 包括N O x ) 的数值模利用计算机模拟可以缩短研究时间，节北京交通大学硕士学位论文省资源，对锅炉的运行、改造具有很重要的意义。计算机的出现以及C F D 技术的发展，促进了燃烧理论和数值计算方法的结合，使得燃烧学科得依大步发展。目前为止，采用计算机模拟技术研究燃烧室内过程已经是各国能源领域的研究者们普遍采用的手段。七十年代是一个模型发展与完善的阶段。如G i b o s o n 的化学动力学模型，S p a l d i n g 的湍

25、流燃烧模型，G r o w 等的气固两相模型，P a r t r a n k e r 的S I M P L E 算法垒堡【1 2 】寸。进入八十年代，一整套的燃烧室内的模型方法开始初步形成，燃烧室的模拟开始走向大型的炉内模拟【”】。1 9 8 6 年，英国的A b b a s 和L o c k w o o d 1 4 】对四角切向燃烧和侧墙喷燃炉膛进行了气相燃烧模拟，其中传热采用的是离散传播模型，B o y d 和K e n t 1 5 】对5 0 0 M W 的四角切圆锅炉进行数值模拟，采用了轨道法，双反应热解模型，扩散动力焦炭燃烧模型和离散传播法的辐射传热模型，并与实测的温度作了比较。1

26、9 8 8 年，F i v e l a n d 和W e s s c l 1 3 】对6 0 0 M W 的炉膛进行了流动传热，燃烧的模拟，得到了一些热态燃烧的有益结果。1 9 8 9 年，G i l i s 1 6 】对5 m x l 5 m x l 3 m 的冷态模型锅炉进行了模拟，并与实测的结果进行对比。该文探讨了如何防止伪扩散的方法，提出了一种“节点迎风格式”。九十年代至今，炉内三维的流动燃烧，传热模型与方法正在走向成熟，开始向实际应用迈进。1 9 9 3 年C o i m b r a 1 7 】等对3 0 0 M W 的墙式三维炉膛中的N O x 的生成进行了数值模拟，但是没有实验值

27、作为比较。1 9 9 3 年，L o c k w o o d 1 8 】等对对冲燃烧锅炉炉内的N O x 生成进行了数值模拟，国内的科学工作者也在炉内的数值模拟方面取得了很大的进步，如清华大学，浙江大学。本课题针对6 0 0 M W 某电厂对冲燃煤锅炉N O x 排放超标这一现象，根据N O x的生成机理、影响因素以及控制方法，采用低N O x 燃烧中的空气分级燃烧技术改变风量配比和改变燃烧器的旋流数改进锅炉，并建立数学模型，对其炉内N O x生成进行数值模拟，供锅炉改造参考。本文的主要内容包括：( 1 ) 用F l u e n t 软件对6 0 0 M W 某电厂锅炉原设计工况进行热态模拟，

28、分析炉内的流动，传热，传质及燃烧过程；( 2 ) 进行N O x 模拟，给出炉内N O x 分布情况。( 3 ) 采用空气分级燃烧改造技术，通过改变二、三次风量和燃尽风量的配比，模拟不同工况下炉内的燃烧过程和N O x 分布，并与原设计工况进行比较。41 绪论( 4 ) 改变二次风的旋流数，模拟不同工况下炉内的燃烧过程和N O x 分布，并与原设计工况进行比较。( 5 ) 适当增加停运层燃烧器的风量，模拟不同工况下炉内的N O x 分布。( 回根据模拟结果提出降低N O x 的工况，供锅炉改造参考。52 煤燃烧过程中N O x 的生成机理与控制技术2 煤燃烧过程中N o x 的生成机理与控制技

29、术2 1 引言煤在燃烧过程中生成的N O x 占固定排放源N O x 排放的绝大部分。多年的研究表明煤在燃烧过程中生成的N O x 按其生成的不同途径和发生源可以分为三种n 9 】：( 1 ) 热力型N O x ( T h 钌m a lN O x ) ，是Z d d o v i c h 首先发现的，燃烧过程中空气中的氮气在高温下与氧气反应所生成的N O x 。( 2 ) 快速型N 0 x ( P r o m p t N O x ) ，是美国的F c n i m o r e 在1 9 7 1 年在乙烯一空气火焰反应区域中发现的一种快速产生的N O x ，这种快速瞬间形成的N O x 不能用热力型

30、N O x 机理来描述，故称为快速型N O x ，快速型N O x 主要是在碳氢火焰中产生，最初是碳氢原子团在燃烧火焰中和N 2 反应生成中间产物H C N 和少量的C N ，这些中间产物将进一步氧化成为N O x 。( 3 ) 燃料型N O x ( F u l eN O x ) ，是由燃料中的氮形成的N O x 。燃料中的氮在挥发和燃烧过程中，先以含有氮的中间产物析出燃烧产物生成N O x ，还有一部分是结合于焦炭中的氮在燃烧过程中在焦炭表面发生多相反应而生成N O x 。这两部分N O x 都称为燃料型N O x 上述三种氮氧化物的组成随燃料含氮量不同而有差别。对于燃煤，通常燃料N O x

31、 占7 0 8 5 ，热力N O x 占1 5 2 5 ，其余为少量的快速N O x 。2 2N O x 的生成机理与控制原理N O x 的不同生成途径决定了产生各种N O x 的机理和控制原理不同2 2 1 热力型N O x 的生成机理与控制原理热力型N O x 的生成是由空气中的N 2 在高温条件下氧化而成的。其生成过程是一个不分支连锁反应，生成机理由捷里道维奇( z e l d 0 、，i c h ) 反应机理来描述：2 + 0 叫+ N O7北京交通大学硕士学位论文2 + D 一+ N O( 2 - 1 )当燃料过浓时，还需要考虑下式的反应：+ D 一0 + H( 2 2 )N + o

32、 一N o + H?j式( 2 1 ) 和( 2 - 2 ) 一起，称为扩大的捷里道维奇机理。其中式( 2 1 ) 反应的速率较慢，它决定了整个反应的速率，在燃烧过程中，这一反应比主燃烧反应慢好几个数量级，因此在火焰中不致于大量生成热力型N O x 。影响热力型N O x 生成的因素主要有温度，氧浓度以及在高温区的停留时间。其中温度对热力N O x 生成速率的影响最大，热力N O x 的生成速率与温度几乎成指数关系。当燃烧温度低于1 8 0 0 K 时，热力N O x 生成极少；当温度高于1 8 0 0 K时，反应逐渐明显，随着温度的升高。N O x 的生成量急剧升高。温度在1 8 0 0 K

33、 左右时，温度每升高1 0 0 K ，反应速度将增大6 7 倍【2 1 1 。按照扩大的Z e l d o v i e h 机理对C I - h 和空气混合物计算的结果表明：N O x 的生成量在燃料过多时，随氧浓度继续增大而成比例增大。在过量空气系数略少于1 时达到最大，最后，虽然氧浓度继续增大，但由于温度影响的原因，生成量下降。燃烧温度在过量空气系数等于l 附近出现最大值，相应的N O x 的生成速度达到最大。综上所述，控制热力N O x 生成量的方法主要有：降低燃烧温度水平；降低氧气浓度；使燃烧在远离D ，_ 1 的条件下进行缩短在高温区的停留时间2 2 2 快速型N o X 的生成机理

34、与控制原理快速型N O x 是由碳氢基团撞击靠近火焰反应区的分子氮生成的。大量的研究结果表吲1 9 】，碳氢燃料燃烧时会产生C H 、C H 2 、C 2 、C 2 H 和C 等基团，它们与空气中的N 2 反应生成H C N 、H 2 C N 和C N 等中间产物，然后这些中间产物与火焰中生成的O 、O H 等基团反应生成N O x 。快速型N O x 只有在富燃料的烃类火焰中，即碳氢基团C H i 较多、氧浓度相对较低时才发生，对温度的依赖较弱。因此在煤粉炉中，其生成量很小，一般在5 以下。一般情况下，对不含氮的碳氢燃料在较低温度下燃烧时，才重点考虑快速型N O x ，因为燃烧温度超过2 煤

35、燃烧过程中N O x 的生成机理与控制技术1 5 0 0 ( 3 时【1 9 1 ，热力型N O x 将起主导作用。所以，控制快速N O x 的生成量主要方法是：提供足够的氧气，减少中间产物H C N 、N H i 。2 2 3 燃料型N o x 的生成机理与控制原理( 1 ) 燃料N O x 的生成机理燃料型N O x 是燃料中的氮化合物在燃烧过程中热分解并且发生氧化反应而生成的，它是煤粉燃烧过程中N O x 生成的主要来源。在煤粉燃烧中，由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在6 0 0 - - - 8 0 0 。( 2 时就会生成燃料型N O x ，它在煤粉燃烧产生的N O x 中占

36、6 0 0 o - 8 0 。在生成燃料型N O x 过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N ，C N ，H C N和N H i 等中间产物基团，然后再氧化成N O x 。由于煤的燃烧过程由挥发分燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型N O x 的形成由气相氮的氧化( 挥发分N O x ) 和焦炭中剩余氮的氧化( 焦炭N O x ) 两部分组成圈煤中含氮官能团的热稳定性比较高，因此当煤粉被加热时，煤中氮的释放比挥发分的释放要晚一些，往往是在煤失重1 0 左右以后才开始有氮化物在挥发分中出现【2 3 1 煤中的氮一部分随挥发分一起释放出来，称为挥发分氮( V o l a t i l o -

37、N ) ，另一部分氮则残留在焦炭中，称为焦炭氮( C h a r - N ) 。煤氮在挥发分和焦炭之间的分配和热解温度、热解时间和煤种有关提高热解温度、延长煤粉在热解区域的停留时间有助于煤氮向挥发分N 转化团】研究表明【嬲】，在7 0 0 1 0 0 0 C 温度范围内热解时，7 0 一9 0 的煤氮会残留在焦炭中。另外，随着煤中挥发分含量的增加，氮的释放量增加，即挥发分N 增加。在煤粉燃烧过程中，挥发分N 和焦炭N 的变化行为是不同的，他们形成N O x 的机理也不相同。燃烧初期生成的挥发分N 对燃料型N O x 的生成起着什么重要的作用【2 6 】。挥发分中的氮化合物主要是H C N 和N

38、 H 3 ，H C N 和N H 3 的总量占挥发分N 的9 0 - - 9 5 2 1 7 1 ，其中又以H C N 为主。H C N 和N H 3 的比例与煤种有关，挥发分越高的煤，N H 3 H C N 的比值越大。这是由于挥发分越高( 煤的等级降低) ，煤中的胺N 越多，而胺N 在热解时主要转变为N H 3 的缘故。在氧化性气氛下，H C N 和N H 3 会被氧化为N O x ，在还原性气氛下，H C N 和N H 3又会被分解还原成N 2 。所以，使煤中的N 在缺氧的环境下释放，可降低N O x 的生成。焦炭N 转变为N O x 的机理非常复杂，大多数研究者认为困】，N O 是焦炭

39、N的主要燃烧产物，N O 又会在焦炭表面和内部空隙中发生异相还原反应生成N 2 ，9北京交通大学硕士学位论文同时在焦炭表面的催化作用下，N O 还会被C O 还原成N 2 。与焦炭的燃烧过程相比，挥发分的释放和燃烧过程非常迅速，这就决定了挥发分N O x 主要在挥发分的释放与煤粉着火区大量生成，而焦炭N O x 主要在火焰尾部即焦炭燃烧区生成。( 2 ) 影响燃料N O x 生成的因素燃烧温度实验表明，燃料型N O x 和热力型N O x 不同，它受温度影响较小，这是因为燃料中N 的热分解温度比火焰温度低，当燃烧时达到N 的热分解温度时进行分解，生成燃料型N O x 和火焰温度关系不大【1 9

40、 】。过量空气系数( 氧浓度)根据F e n i m o r e 的竞争机理【1 9 】可以知道，中间产物越多，就有可能使较多的燃料N 转变为N 2 ，方法是让燃料在空气不足的条件下进行燃烧。当过量空气系数大于1 时，随着过量空气系数的的降低，燃料N O 生成量基本没有变化；但是当过量空气系数小于1 时，N o 的生成量和转化率会急剧降低。因此，过量空气系数是影响N O x 生成的重要因素之一。研究还表呀1 6 】挥发分氮向N O x 的转化对当地氧浓度很敏感，通过造成区域还原性气氛，可以有效地降低N O x 生成量；而焦炭中的氮对氧浓度不敏感，因此，存在着一个不能用还原性气氛消除的N O x

41、 的生成量的下限。燃料含氮量燃料中氮的含量因燃料的种类和产地的不同而异。即使燃料中含氮量相同，但不同的氮存在形式，其生成N O x 的量可能会有差异，特别是在不同的燃烧形式下更是如此。就总体而言，燃料氮含量越高，则N O x 排放量越高。( 3 ) 燃料N O x 的控制方法根据以上分析，控制燃料型N O x 生成的方法主要有：燃用燃料N 含量低的燃料；采用过量空气系数口 1 燃烧；扩散燃烧时，抑制燃料和空气的混合。2 3 低N O x 燃烧控制技术低氮氧化物燃烧技术可分成燃烧前、燃烧中和燃烧后处理三大技术。燃烧前脱氮主要是把燃料转化成低氮燃料，燃烧中脱氮主要是指改变炉内燃烧条件以减少N O

42、x 生成的方法，燃烧后脱氮主要是指烟气脱销技术等。l O2 煤燃烧过程中N O x 的生成机理与控制技术在各类燃料中，固体燃料的含氮量最高( O 5 2 5 ) ，原油次之( 1 左右) ，气体燃料最低( 天然气中几乎不含氮) 【2 9 】。因此，采用天然气等气态燃料是最好选择。但是由于我国的能源结构和能源政策的限制，固体燃料的使用还占主导地位。燃烧中脱氮技术主要是通过对锅炉运行方式的改进或者对燃烧过程进行特殊的控制，来抑制燃烧过程中N O x 的生成反应，从而降低N O x 的最终排放量。属于这类措施的有空气分级燃烧、燃料分级燃烧( 再燃烧) 、浓淡偏差燃烧、低氧燃烧、烟气再循环以及各种低N

43、 O x 燃烧器刚。一般而言，除再燃烧技术外，这类技术对于N O x 降低都不如烟气净化技术，但是简单易行，投资和运行费用低廉。比较适合我国当前的国情【3 I 】。在上述众多的低N O x 燃烧技术中j 燃尽风技术( O F A ，燃尽风技术即炉内空气分级燃烧技术) 和低N O x 燃烧器( L N B ) 被认为是最切实可行并且得到了广泛应用。既可以单独使用也可以联合使用，这两种方法联合使用时可以脱除高达5 0 的N O x 3 2 。下面主要介绍这两种技术( 1 ) 空气分级燃烧技术本文主要研究的就是空气分级燃烧技术空气分级燃烧技术是利用在过量空气系数偏离l 时能有效降低炉膛出口N O x

44、 量来设计的。将燃烧用的空气分两个阶段送入，使燃烧过程分成两个区域：第一个是富燃区( a 1 ) ，在此区域，燃料在缺氧条件下燃烧，燃烧速度和燃烧温度降低，热力N O x 的生成量降低，同时，燃料中释放的含氮中间产物H C N 、N H 3等会被还原成N 2 ，因而降低了N O x 的生成。第二区为燃尽区( 驴1 ) ，在此区域下，燃料在富氧条件下燃尽。在此段会有一部分残留氮氧化为N O x ，但由于温度较低，N O x 生成量有限【3 3 】。因此，总的来说，在空气分级燃烧条件下总的N O x 生成量是降低的。从实际运行来看，空气分级燃烧技术在有效降低氮氧化物水平的同时，也会引起以下几个问题

45、：由于分级燃烧延迟了煤粉气流与空气的混合，从而导致飞灰可燃物含量增加，燃烧损失加大，降低锅炉的燃烧效掣粥5 1 。由于燃烧区域里出现还原性气氛，从而引起水冷壁腐蚀，并增加燃烧室受热面结渣的可能性。这样就决定了分级燃烧技术的发展应该是在有效降低N O x 排放的同时，还应确保锅炉燃烧效率降低不多，并且不增加水冷壁腐蚀结渣的可能性，从而锅炉高效低N O x 排放【3 6 】。( 2 ) 低N O x 燃烧器根据N O x 控制原理，低N O x 燃烧可分为五类：阶段燃烧型、自身循环型，北京交通大学硕士学位论文浓淡型低N O x 燃烧器、分割火焰型低N O x 燃烧器、混合促进型低N O x 燃烧器

46、。本文采用的是日本三井一巴布尔克公司的L N A S A B ( L o wN O xA x i a lS w i r lB u r n e r ) 燃烧器，按照上述分类属于浓淡型低N O x 燃烧器。其结构如下图：图2 - 1L N A S A B 燃烧器结构同常规的旋流燃烧器一样，L N A S A B 燃烧器在其出口气流的根部也有一个回流区，可以卷吸高温烟气使一次风着火及稳燃。一次风筒出口的稳焰器可以使一次风产生折向，形成煤粉的浓淡分离。这种浓淡分离一方面可以使着火稳定，同时对降低氮氧化物的生成有一定的作用在根部回流区附近，一次风煤粉被加热析出挥发分并开始燃烧。二次风在挥发分燃烧的后期混

47、入燃烧区，保证挥发分的燃尽并为焦炭的燃烧提供部分氧量。当焦炭开始燃烧后，四次风及三次风进入燃烧区域，为焦炭的继续燃烧提供氧量。整个燃烧器的风量就是这样分级分步参与燃烧，从而控制了火焰温度，降低了氮氧化物的生成量。L N A S A B 燃烧器的燃烧过程如下图：图2 - 2U 4 A S A B 燃烧器燃烧过程1 23 燃煤锅炉概况3 1 锅炉概要3 燃煤锅炉概况本课题所研究的锅炉为某电厂6 0 0 M W 燃煤空冷机组锅炉。该锅炉为东方锅炉厂D G 2 0 7 0 1 7 5 1 1 4 锅炉。锅炉为亚临界参数，自然循环、一次中间再热，单炉膛平衡通风、固态排渣，紧身封闭、全钢构架的兀型汽包炉。

48、炉顶采用金属密封大罩壳，屋顶为轻型金属屋盖，汽包两端设有汽包小室。燃烧器采用前后墙对冲布置方式。前后墙上各布置3 层燃烧器，每层5 只，同一层的5 只燃烧器与一台磨煤机相连。燃烧器上部布置有燃尽风( O F A ) 风口，1 0 只燃尽风调风器分别布置在前后墙b a r 1J - 1 锅炉结构及尺寸锅炉炉膛的基本结构及主要尺寸如下图3 1 所示图3 1 炉膛结构尺寸图1 3北京交通大学硕士学位论文2 锅炉具体参数表3 1 锅炉具体参数表( B M C R )项目参数锅炉型号锅炉最大连续蒸发量过热器出口蒸汽压力过热器出口蒸汽温度再热蒸汽流量再热器进口蒸汽压力再热器出口蒸汽压力再热器进口蒸汽温度再

49、热器出口蒸汽温度省煤器进口给水温度锅炉热效率D G 2 0 7 0 17 5 1 1 42 0 7 0 t h1 7 5 M p a5 4 1 1 7 6 8 2 t h4 0 6 M p a3 8 8 M p a3 3 3 5 4 1 2 8 3 5 9 3 9 3 3 燃料锅炉设计煤种为准格尔煤，属于烟煤，校核煤种为准格尔劣质煤和东胜煤。模拟计算选用的煤种位锅炉燃烧设计煤种准格尔烟煤。其煤质及灰成分分析见表3 - 2 。表3 2 煤种参数表灰成份S i 0 2A 1 2 0 3F e 2 0 31 44 0 7 54 7 2 64 7 33 燃煤锅炉概况4 燃烧器本锅炉采用中速磨冷一次风机

50、正压直吹制粉系统，并配用煤粉燃烧器采用三井巴布科克公司( M i t s u i B a b c o a k ) 的低N O x 轴向旋流煤粉燃烧器( L o wN O xA x i a lS w i r lB u m e r - L N S A B ) 。燃烧器布置时充分考虑了燃烧之间的相互影响，靠近侧墙的燃烧器与侧墙有足够的距离。燃烧器风管包括中心风管，一次风管、二次风管、三次风管四层嵌套风管。中心风为圆管，其余均为圆环管。其中二次风，三次风均有旋流。二次风选留强度可调，三次风不可调。辫三井巴布科克公司采用独创的燃烧器喉口设计，采用水冷壁让管加强喉口冷却，并采用高导热性的、光滑的碳化硅砖敷

51、设喉口表面大量试验证明，采用该结构后，能够完全消除燃烧器喉口及附近水冷壁的结焦现象，保证锅炉经济有效运行。3 2 原设计工况3 2 1 风量配比计算对象的燃烧器配风分为中心风，一次风，二次风和三次风。分别通过中心风管，一次风管，燃烧内同心的二次风，三次风环形通道在燃烧的不同阶段送入炉膛。燃烧器内的中心风管，用以布置点火设备。并提供点火设备所需要的风量，起到停运时冷却和防止灰渣聚集的作用。能够避免侧墙结渣及高温腐蚀现象的发生。各燃烧器的燃烧风分为两级，即旋流二次风和旋流三次风。旋流二次风分别由手动套筒挡板和手动旋流器拉杆调节风量和旋流强度，三次风调节机构调节总进风量( 二次风+ 三次风) 。改变

52、二次风套筒挡板位置及旋流器位置时，二次风量和三次风两的比例发生变化。燃烧器各风门位置及旋流器位置在燃烧调整试验时确北京交通大学硕士学位论文定，运行中可不作调节。三次风和二次风的气流形成独立的旋转气流，使供给主火焰区的风煤比可以通过燃烧优化控制支持挥发分充分燃烧的同时，最大限度地减少N O x 的生成量。总体布置上，要求上排一次风喷嘴中心线到屏式过热器底部、下排一次风喷嘴中心线到冷灰斗弯管处均有足够的距离。这样火焰不会直接冲刷水冷壁，不会产生明显结焦现象。在燃烧器的上部，均有对冲的五对燃尽风管( O F A ) 。燃尽风的布置：前后墙燃烧器的上方各对应一个燃尽风风口，每个燃尽风风口均有一，二次风

53、组成。中心一次风为直流，用手动套筒挡板调节风量大小。整个锅炉设计工况配风的具体参数如下表3 3 所示。3 - 3 燃烧器主要参数表单个燃烧器的风管主要尺寸及风量配置情况见表3 4 。表3 4 燃烧器尺寸及风量表1 63 燃煤锅炉概况3 2 2 旋流数旋流数的概念旋转射流( 简称“旋转流”或“旋流) 的强弱对多风道煤粉燃烧器的性能有重要影响：一方面可以产生速度差，方向差和压力差，使煤粉混合更为充分均匀，对煤粉燃烧速率有利；另一方面会使火焰稳定，为燃烧器稳定燃烧提供条件【翊旋转射流的旋转强弱通常用旋流强度简称“旋流度”来表示，对于不同的旋流产生器，其计算方法也各不相同。本文旋流数的确定本文研究的锅

54、炉为多风道煤粉燃烧器，其中二次风和三次风及燃尽风均有旋流，为找出旋流大小对燃烧的影响情况，必须采用一个可以象征旋流大小的参数，因而旋流数的概念就产生了。旋流数为角动量的轴向通量与轴向动力的轴向通量的比值，即：S ：二r Lf 3 n，q R w、其中：q 。亡P 即2 ：d rg2J ：即2 2q 毒2 f p u 2 胁将式( 3 2 ) ，( 3 - 3 ) 代入式( 3 1 ) 得到：2 碱- 2 肇墨t a n 口肚i 瓦丽j 3 再万S ：一2 3t 一( 斋) 3一( 熹) 2( 3 - 2 )( 3 - 3 )( 3 4 )U t l If ：g( 3 - 5 )从式中可以知道，

55、旋流数的大小只与燃烧器入口旋流叶片安装角度、风道( 管)内外径等几何尺寸有关，而与入口速度、温度等参数无关。原设计工况二次风的旋流数为1 0 7 ，三次风旋流数0 5 。1 7北京交通大学硕士学位论文表3 5 原设计工况参数表1 84 原设计工况下N O x 排放数值模拟4 1 引言4 原设计工况下N o x 排放数值模拟在对大型电站锅炉炉内的气流结构、气流特性进行研究时，最可靠的方法是对实际运行锅炉直接进行试验研究。然而，随着机组向高参数，大容量发展，锅炉炉膛尺寸变大，结构更为复杂，进行炉内气体颗粒的流动，传热，燃烧试验，不仅代价昂贵，而且十分困难。虽然在锅炉停止运行期间可以有目的地进行试验

56、，但由于停炉时间短，试验周期长，要进行充分的试验研究时十分困难的因此，利用C F D 软件对炉内的流动情况进行数值模拟研究就具有了很重要的意义。本文采用F L U E N T 软件进行数值模拟，该软件是由美国F L U E N T 公司开发的著名的C F D 计算分析软件，能够解决流动、传热，化学反应，燃烧、多相流、旋涡流动等问题。就模块而言，F L U E N T 软件分为三部分：前处理模块，解算模块和后处理模块【3 9 1 前处理模块有专门的建模及网格划分软件G A M B I T ，它提供流体区域内面、体的网格划分，边界及体类型设置。其中网格划分尤为丰富，面网格有四边形、三角形网格，体网

57、格有六面体( 方形) 、四面体、菱形( 楔形) 、金字塔形，可以快速完成结构化、非结构化或混合网格的划分，能满足多种工程分析的需要。F L U E N T 求解器有许多模型，其中湍流模型有标准k 一占模型、修正后的( 1 G )七一占模型和R N G 旋转七一s 模型，完全雷诺应力模型( R S M ) ，大涡模拟( L E S ) 的亚网格尺度模型，另外还有多相流、颗粒轨道、传热、辐射等模型，可供用户选择。由于它具有自动优化求解策略，因而迭代收敛速度快、稳定性好。F L U E N T 的后处理模块，可以给出所有迭代变量，如流场、压力场、温度场、浓度场等各种可视图，供用户分析处理。本文除了采

58、用F L U E N T 的后处理模块进行数据处理外，还采用了T e c p l o t 软件。T e c p l o t 是一种绘图视觉处理，可敏捷地将大量的资料转换成容易了解的图表及影象。表现方式有等高线，3 D 流线、网格，向量、剖面，切片等。前后墙对冲燃烧煤粉锅炉的炉内过程是一个非常复杂的三维、非稳态、多相、湍流以及多元反应相互作用的过程。燃烧过程是包括多组分气相的燃烧和固体煤粉颗粒的燃烧两部分，这就需要相关的反应物模型，组分方程、能量方程，以及各方程之间的耦合方程。N O x 生成模型是建立在燃烧结果基础上的后处理过程。1 9北京交通大学硕士学位论文虽然整个炉内过程非常复杂，但是所选

59、模型和参数必须满足相关的物理和化学基本定律：如质量守恒定律，牛顿第二定律，能量转换和守恒定律、组分转换和平衡定律等。湍流和燃烧计算模型就是建立在各种定律和有关假设的基础上的并且能够反映流体湍流流动和炉内燃烧过程的通用微分方程组，再建立相关的附加方程使方程组封闭。初始边界条件要根据实际工程问题进行确定。4 2 计算模型计算模型和原型的几何比例为1 ：1 。本次模拟对锅炉原型进行了简化，省略了高温过热器、后炳道过热器和省煤器。由于前屏过热器、后屏过热器的数量较多( 1 6 片1 ，在建立物理模型时忽略其厚度，对计算结构投有大的影响，反而由于网格数量的减少，方便了计算。在后烟道设置了分隔道挡板。同时

60、计算出口选择在省煤器出口位置。煤粉燃烧器结构在数值模拟中基本来作简化，安排有中心风、一次风、二次风和三次风，突出双调风的特点。根据锅炉满负荷时投用5 台磨煤机的运行特点，计算模型上布置有5 层煤粉燃烧器( 其中前墙3 层，后墙2 层) ，2 层O F A 燃烧器( 前、后墙各1 层) 。燃烧器的四层配风采用了同心圆管欠套的方式建立物理模型时在燃烧器出口增加一个圆台状的扩管以保证煤粉在燃烧器中的稳定着火及燃烧。凹4 l 模拟对象的物理模型2 04 原设计T 况下N O x 排放数值模拟43 网格划分根据炉膛的结构特点，统一采用结构化网格不可能实现。在划分网格时将炉膛分为冷灰斗区域、燃烧器区域、折

61、焰角区域、上炉膛区域( 主要是前后屏过热器) ，水平烟道及后烟道区域。冷灰斗对整个炉膛的流动和燃烧影响不大，因此采用了非结构化( P A V E ) 网格。在折焰角附近由于结构复杂，采用结构化网格后网格质量不高，影响计算精度，于是采用非结构化网格，并且能够加密网格，提高了模拟的精度。该锅炉有2 5 个四通道配风的燃烧器和1 0 个双通道配风的O F A 燃烧器，为了提高计算精度和网格质量在每个燃烧器与圆台状扩管的交接面段设为I N T E R F A C E ，而圆台状扩管与炉墙的交接面段投有设置I N T E R F A C E ，采用公用面来设置，防止两个面上的网格数量和形状差异太大引起误

62、差。炉膛的上炉膛区域、水平烟道区域和后烟道区域均采用结构化网格( M A P ) ，质量较高。整个炉膛网格总数4 2 万多。北京交通人学硕士学位论文触Vk 。酗42 网格( 上为整个炉膛网格，F 为第一层燃烧器区域截面阿格)4 3 边界条件4 31 气相方程边界条件( 1 ) 入口边界条件布置在炉膛前后墙的燃烧器的喷口截面作为计算区域的入口边界。入口边界上气相的速度、温度根据锅炉的运行参数直接给定。入口边界上的水力直径H 按下式计算：H ：4 S _ S ( z 为接触面周长，S 为面积)Z( 2 ) 出口边界条件出口边界条件定在炉膛后烟道省煤器的出口截面。假定出口平面的流动为充分发展流，所有

63、变量沿流动方向上的梯度为零。给定出口处的外环境压力为大气压，环境温度为出口温度。( 3 ) 壁面边界条件固体壁面上采用无速度精移和无质量渗透条件，即西= 0 。壁面附近的粘性层中，由于流体的输运性质发生剧烈变化，需要考虑湍流输运的减弱和层流输运的增强对流体输运特性的影响，为了保证计算的精度，同时又避免壁面附近过细的网格划分本文采用成熟的壁面函数( w a l lf u n c t i o nm e t h o d ) 来考虐壁面的影响。4 原设计工况下N O x 排放数值模拟4 3 2 颗粒相方程边界条件煤粉颗粒由一次风喷口喷入炉膛，煤粉颗粒流量，温度，粒径根据锅炉的运行参数直接给定。假定喷口

64、处颗粒的速度等于气流的速度。假定颗粒与壁面之间是弹性碰撞，即颗粒撞上壁面后按镜面反射回来继续跟随气流流动。4 4 数学模型由于炉内燃烧过程非常复杂，完全按照实际燃烧过程进行模拟是不可能的。为模拟计算这一过程，必须对其进行简化处理，因此提出了很多简化的理论模型，计算软件中给出了很多模型，在进行计算之前，必须根据所研究的对象的特征来选择合适的模型。本文选用R e a l i z a b l ek - s 模型模拟气相湍流输送，煤粉颗粒的跟踪采用随机轨道( s t o c h a s t i ct r a c k i n g ) 模型，用混合分数概率密度函数( m i x t u r e - f r

65、 a c t i o n P D F ) 模拟气相湍流燃烧，对煤粉挥发分的释放采用单一动力学速度模型( t h es i n g l e - r a t em o d e l ) ，焦炭的燃烧采用扩散动力学模型，采用P 1 辐射模型( P 1r a d i a t i o nm o d e l )计算辐射传热。压力速度的耦合采用S I M P L E 法求解，差分格式采用一阶迎风格式。4 4 1 气相流动锅炉炉内的气体流动为三维湍流反应流，其平均流可视为稳态流。因此可用通用的守恒方程进行描述。在本文中采用R e a l i z a b l ek g 模型描述。气体流动模型包括三维的连续性方程，

66、动量方程以及k 和g 两个输运方程，它们可统一表达为以下形式：掣- I 掣4 - 华掣= 昙一罢) + 号一考) + 昙一暑) + 邑+ ( 4 - 1 ，式中：妒分别代表速度u ，v ，w 湍流动能k ，湍流动能耗散率占，压力P ，混合分数f 以及其脉动均方值g 和焓h ，当矿21 时为连续性方程，o 1 是由气相引起的源项，o 是由固体颗粒引起的源项，对连续性方程而言，该项是颗粒的质量变化项，对动量方程而言，是由颗粒和气体之间的相互阻力以及颗粒的热解挥发引起的动量源项。北京交通大学硕士学位论文4 4 2 煤粉颗粒的运动煤粉颗粒的运动是一种典型的带化学反应的湍流气固两相流。由于颗粒轨道模型具

67、有容易模拟有复杂经历( 如蒸发，挥发以及异相反应) 的颗粒相，在颗粒相预测中无数值扩散等优点，所以本文采用随机轨道模型来模拟炉内煤粉颗粒的运动过程。随机轨道模型的中心思想是将颗粒按初始尺寸分组，假设相同尺寸组的颗粒具有相同的速度和温度，基本的物理性质相同。从拉格朗日坐标系中的颗粒瞬时方程组出发，考虑流体湍流对颗粒的作用，计算颗粒的随机轨道以及沿轨道的变化经历。颗粒的动量运动方程如下：鲁= o 哗) + 譬一+ E( 4 _ 2 )方程等号右边第一项为颗粒所受应力，第二项为颗粒本身重力，最后一项为其他作用力。= 嚣P 辈2 4p d ；U 为连续相速度，U p 是颗粒相速度，是流体粘度，密度，d

68、 ，为颗粒直径。R e 是雷诺数，表达式如下：R e ：型竺睦二型p( 4 3 )p 是流体密度，岛是颗粒( 4 4 )C D 是应力系数，表达式如F ：- 口l + 急+ 惫( 4 - 5 )a l ，a 2 、a 3 是圆球颗粒常数，依据M o r s i 和A l e x a n d e r 等人看法其值随R e 值范围变化而改变。或者，依据H a i d e r 和L e v e n s p i e l 的说法，也可以表达为= 兰( 1 + 6 lR e 如) + 石b 忑aR e( 4 - 6 )岛= e x p ( 2 3 2 8 6 4 5 81 + 2 4 4 8 2 )( 4

69、 7 )b 2 = 0 0 9 6 4 + O 5 5 6 5 m( 4 - 8 )6 3 = e x p ( 4 9 0 5 1 3 8 9 4 4 + 1 8 4 2 2 2 + 1 5 8 8 5 5 3 ) ( 4 - 9 )4 原设计工况下N O x 排放数值模拟6 4 = e x p ( 1 4 6 8 1 + 1 2 2 5 8 4 0 2 0 7 3 2 2 0 2 + 1 5 8 8 5 5 0 3 ) 件1 0 )形状系数的定义为：委(4-11)Ss 是与颗粒有相同体积的圆球球体表面积，S 是颗粒的表面积。模拟中形状系数设为l ，即假定煤粉颗粒为球形颗粒。在本研究中，由于颗

70、粒项直径非常小，质量很小，忽略了重力这一项。其他作用力F x 包括布朗力，热原子间应力等，在模拟中均忽略不计4 4 3 煤粉的燃烧传统上的煤燃烧过程一般分为初始的挥发分析出( d e v o l a t i l i z a t i o n ) 和焦炭燃烧( s u r f a c ec o m b u s t i o n ) 两个阶段。煤脱去挥发分本质上是煤在受热条件下发生的化学热解现象。挥发分的析出当煤粉颗粒被加热，温度达到蒸发温度T p 且颗粒质量m p 大于非挥发分质量时，此阶段为挥发分析出阶段。也称为热解阶段。模拟挥发分析出有四种模型：常速度模型( c o n s t a n t )

71、，单一动力学速度模型( t h es i n g l ek i n e t i cr a t em o d e l ) ，两步竞争反应模型( t w o - c o m p e t i n g - r a t e sm o d e l ) 和化学渗透脱挥发分模型( C P D - m o d e l ) 常速度模型认为挥发分的析出速率为常数，单一动力学速度模型假定挥发分析出的速度与颗粒中未析出的质量成正比关系，两步竞争反应模型采用在不同的温度范围内用不用的速度表达式来计算挥发分的吸储速度。这三种模型均建立在经验析出速率上。而化学渗透脱挥发分模型则是建立在分析煤粉结构在快速加热析出过程中的物理、

72、化学变化基础上的。本文采用单一动力学速度模型来模拟煤粉燃烧过程中挥发分的析出过程。焦炭的燃烧对于燃烧颗粒，有三种异相表面反应机制模型：扩散控制反应速率模型，动力学扩散控制反应速率模型，内部控制反应速率模型。扩散控制反应速率模型假定整个反应过程中颗粒直径不发生变化，颗粒表面反应速率等于由气相氧化剂向颗粒表面的扩散速率，忽略反应动力学对表面反应速率的影响。动力学扩散控制反应速率模型假定炭的表面反应速率同时受到扩散过程和反应动力学的影响，模型中也假定颗粒尺寸不变，但颗粒密度可以降低。内部控制反应速率模型基于S m i t h 模型，认为反应为一级反应，同动力学扩散控北京交通大学硕士学位论文制反应速率

73、模型一样，同时考虑体积扩散与化学动力对燃烧反应的影响，但是其中的化学反应速率R 与颗粒内表面反应及空隙内的扩散有关。鉴于模型的完善性和实验条件的限制，本文采用动力学扩散控制反应速率模型来模拟焦炭的燃烧过程。根据B a u ma n dS t r e e t 和F i e l d 的动力学扩散控制反应速率模型，该模型的扩散速率常数为：D o = q 监掣( 4 - 1 2 )口P动力学反应速率常数为吼= C 2 e 一( 砌耳)( 4 1 3 )根据二者不同的加权得到焦炭的燃烧速率：鲁一刃；器)其中P 啦为颗粒周围的气相氧化剂分压，吼为考虑了焦炭内表面的反应及扩散的动力学反应速率常数，瓦是气相温

74、度，耳是颗粒温度。因此鲁一；等丽D 0 9 1)模型中假定颗粒尺寸不变。Y O X 为气相中气体0 2 的质量分数。表面反应消耗气相中氧化剂的量，在该氧化剂的输运方程中作为源项。同样，表面反应是气相中物质的源。表面反应过程中颗粒的热平衡方程为：m 牌鲁= h A 尸亿一耳) 一 等日一+ 4 郎仃像一巧) ( 4 - 1 6 )其中，H r e a c 为表面反应的释热率，化学反应释放的热只有一部分( 1 f h ) 作用到气相能量方程中的源相，颗粒吸收了其余的部分。如果焦炭燃烧产物为C O ，则f 滓1 ；如果焦炭产物为C 0 2 ，则f r o 3 。4 4 4 气相燃烧燃烧模型主要有非预

75、混燃烧、预混燃烧和半预混燃烧模型，本文采用给预混燃烧模型。非预混燃烧模型指燃料和氧化剂各自进入反应区而不预先混合。这种模型主要适合于：甲烷燃烧、煤粉燃烧和柴油发动机内部的燃烧。当采用此模型来模拟煤粉燃烧时，各种成分的混合系数需根据流体的混合模型来确定。计算软4 原设计工况下N O x 排放数值模拟件提供的模型有单一流( 燃料流) 模型和双流( 燃料流和二级流) 模型。采用双流模型比采用单一流模型的计算精度高，但其收敛速度比后者慢很多，计算需要的时间长，需要配置性能较高的计算机进行计算。本文采用单一流模型。模拟气相湍流燃烧过程的模型针对扩散火焰的有k g g 模型，混合分数概率密度函数( M i

76、 x t u r eF r a c t i o n P D F ) 模型。k s g 模型尽管在不同程度上正确地体现了湍流燃烧过程的特点，定量地描述了湍流混合在高雷诺数湍流燃烧中的控制作用，但是其忽略了分子扩散过程随反应速率的变化以及关于概率密度函数的假定带来的误差。而混合分数概率密度函数模型严格考虑了湍流流动与化学反应之间的耦合，将统计力学及概率理论应用于湍流流动以及湍流燃烧。混合分数概率密度函数模型不需要求解每一组分的输运方程，只求解一个或两个守恒量( 混合分数) 的输运方程，单个组分的浓度根据预测的混合分数的分布来求解。在守恒量地求解过程中，利用概率密度函数来考虑湍流的影响。适用于不可压

77、缩的湍流流场和扩散燃烧反应系统，不能用于预混或半预混燃烧系统对一种燃料和一种氧化剂组成的二元系统，混合分数f 的表达式为：f = - 三L 一二= ! ：竺_陆1 7 )。Z l 。庸d 一么，蕊、。式中：Z i - 元素i 的元素质量分数。下表O X 表示氧化剂流入口处的值，f u e l 表示燃料流入口处的值。在相同扩散率的假设下，组分方程被减少为一个单一的关于混合分数f 的方程。f 是一个守恒量，时间平均混合分数方程为：昙谚) + V 够万) = V ( 鲁V 7 l + 瓯+ 件8 )源项S m 仅指质量由反应颗粒( 如煤) 传入气相中。S 一为任何用户定义源项。除了求解混合分数的时均

78、方程外，还需要求解平均混合分数均方值厂坨的守恒方程：妄垆) + V 矿) = V ( 等V 尹卜g 从勺2 7 ) 一c 尸妻7 + ( 4 - 1 9 )式中：f = f f 。常数q 、C g 和C d 分别取0 8 5 ，8 8 6 和2 0 ，s 一为用户定义源项。混合分数模拟方法有利之处是将化学反应减少为一个或两个守恒的混合分数。所有热化学标量( 组分质量分率，密度和温度) 均唯一与混合分数有关。给定反应系统化学性质与化学反应，流场中任一点的瞬时守恒分数值可被用于计算每北京交通大学硕士学位论文个组分摩尔分数，密度和温度值。4 4 5 辐射传热辐射是能量传递的一种形式，在燃烧系统中，辐

79、射过程更是一种重要的传热方式。对于电站锅炉来说，炉内的辐射传热约占总传热的9 0 。因此，在炉膛传热计算的数值模拟中，求解辐射传热是很重要的。辐射对其他参数的影响主要体现在能量方程中代表辐射换热的源项。目前，计算炉内燃烧辐射传热的模型主要有：P 1 模型、离散坐标辐射( D o )模型、罗斯兰( R o s s e l a m d ) 模型( 又称扩散近似模型) ，离散传播( D T ) 模型等。P 1 模型把复杂的能量方程的微分积分项都简化处理成微分项，并写成通用的输运方程；另外把微元体街面上的复杂半球空间辐射简化为垂直于此界面的均匀辐射，然后运用通用的输运微分方程对其进行求解。与D T 模

80、型相比其优点是：包括了散射，并且对于复杂的几何模型，采用曲线坐标，求解辐射能量方程需要的时间短，比较适合求解煤粉炉中的燃烧。国内外的研究者在模拟煤粉炉燃烧时多采用此模型【柏4 7 】。对于辐射热流q r ，1甄一万靠v G ( 4 - 2 0 )其中，a 为吸收系数，仃。为散射系数，G 为入射辐射，C 为线性各相异性相位函数系数。引入参数：1卜而i 矗葡( 4 - 2 1 )方程可化为：g ，= - F V GG 的输运方程为：v ( r v o ) 一a G + 4 a c f l 4 = 其中，盯为斯蒂芬玻尔兹曼常数，为用户定义的辐射源项。求解这个方程以得到当地辐射强度。由上面两式可得到如

81、下方程：- V q ，= a G 一4 a c r T 4( 4 2 2 )( 4 2 3 )适用P 1 模型时，( 4 2 4 )4 原设计工况下N O x 排放数值模拟一V 吼的表达式司以亘接带入能量万程，从而得剑由于辐射所引起的热量源。当模型中包含有颗粒分散相时，可以在P 1 辐射模型中考虑颗粒的影响。对于包含有吸收、发散、散射性质颗粒的具有吸收，发射，散射的灰体介质，入射辐射的输运方程为：V ( r v o ) 砌( 口等+ 耳) - ( 口坞) G = 。)其中，E p 为颗粒的等效辐射，a ，为颗粒的等效吸收系数。毛= l i r a x 姜J g 。一A , , , 等其中，g

82、一，厶，乙分别为第1 3 个颗粒的黑度、投影面积( 垂直辐射方向) 和温度。F 的定义为：卜丽毒司乃其中，等效颗粒散射因子定义为：仃，= 嬲羹( 1 一厶一粤( 4 - 2 8 )仃，= 嬲萎( 1 一厶X l 一睾它是颗粒跟踪计算过程中得到的。为第1 1 个颗粒的散射系数。P - 1 法中辐射热流量q r 的壁面边界条件为：4 昭，盟一O - - P w 斌乱V 一矗矿9 )其中，如果假定壁面为扩散灰体表面，则几= l g _ ，上式可以表示为：= 一君与( 4 卅一G w ) ( 4 - 3 0 )此方程来计算能量方程中的譬，。以及辐射方程的边界条件。4 。4 6N O x 生成模拟如第二

83、章所述，对于煤粉燃烧，通常燃料型N O x 占7 0 8 5 ，热力型N O x占15 2 5 ，快速型N O x 量很少，因此本次模拟忽略了快速型N O x 。本文模拟N O x 的生成考虑了各组分包括N O 的对流、扩散、生成和消耗，2 9北京交通大学硕士学位论文N O x 机制中滞留时间的影响，拉格朗日坐标系统的概念包含在用欧拉坐标系统写的控制方程的对流项中。由于热力型N O x 机制，仅需要N O x 组份的输运方程：j a 、，y D ) + V 葫- D ) = V 泅V y D ) + ( 4 3 1 )对于燃料型N O x ，除了N O x 组份，还包含了H C N 或N H

84、3 组份的输运方程：昙k ) + V c D 盈赫) = V ( p D V Y x c ) + S 删( 4 3 2 )瓦avy 峨) + V ) = V 汹V k ) + ( 4 3 3 )其中Y H C N ，Y N m 和Y N O 是气相的H C N ，N H 3 ，N O 的质量分数。D 是有效扩散系数。不同的N O x 机理，其源项S H C N ，S N m ，S N o 不同。热力型N O x热力型N O x 的形成是由广义的Z d d o v i c h 机理中温度对化学反应得重要影响决定的。氮分子形成的热力型N O x 的主要反应如下：o + N 2 一N + N O媳一

85、3 4 )+ q D + N O( 4 。3 5 )第三个反应，特别在近当量和富油条件下要考虑这个反应。N + O H H + N O媳- 3 6 )在N O x 输运方程中，由热力N O x 机理，N O x 源项可表示为：s 船删，D ：M 矿，o 了d i d O ( 4 3 7 )其中，M w ，N o 是N O 的分子量。燃料型N O x燃料中氮转化为N O x 的程度取决于实际的燃烧特性及含氮化合物的初始浓度。当燃料液滴或粒子液化被加热时，燃料中含氮化合物变为气态。随着含氮化合物在反应区域中的热分解，像H C N ，N H 3 ，H ，C N ，和N H 这些基能够形成或转化为N

86、O x 。前面的这些自由基( 也就是二级中间氮化物) 将有可能发生两种反应。不同的研究者对下面的简单模型1 9 】基本已达成共识：F u e lN i t r o g e n N i t r o g e nI n t e r m e d i a t e s图4 3 燃料型N O x 的生成与分解3 0N ON 24 原设计工况下N O x 排放数值模拟在F L U E N T 的N O x 模型中，由于H C N 与N I - 1 3 形成的可能比例，N 的中间产物考虑了这两种。在煤粉中，N 元素分布在挥发分及焦炭中，其含量不一定相同，所以计算生成的N O x 时分开考虑。机理A ：挥发分N

87、和焦炭N 全部转化为H C NC h a r NV o l a t i l eNN 2图4 4 机理A在这一方案里，炭中所有的氮转化为H C N ，因此，一訾s 澌。帕= 0式中，S r 煤炭燃尽率( k g s )Y c h 。广噍炭中氮的质量分数；、卜一单元体积( m 3 )机理B ：挥发分N 转化为H C N ，焦炭N 全部转化为N OC h a r NV o l a t i l eNN 2图4 5 机理B3 lN 2( 4 - 3 8 )( 4 - 3 9 )N 2北京交通大学硕士学位论文焦炭中所有的氮转化为N O ，因此，S 妇。H c N2 0旷訾这种机制比第一种机制释放更多的N

88、O x 。一= 訾式中：S 厂- 、源于气态煤粉颗粒的挥发物源项( k g s ) ；Y N v o f 挥发物中氮的质量分数；V - 一单元体积( 1 n 3 ) ；与炭氮相关的源项计算取决于燃料型N O x 方案的选择。机理C ：挥发分N 和焦炭N 全部转化为N i l 3C h a r NV o l a t i l eNN 2图4 6 机理C这个方案中，所有的焦炭氮转化为N H 3 ，因此一訾S 姗。= 0H T V机理D ：挥发分N 转化为N H 3 ，焦炭N 全部转化为N O3 2( 4 3 0 )( 4 - 3 1 )( 4 - 3 2 )N 2( 4 3 3 )( 4 - 3 4

89、 )4 原设计工况下N O x 排放数值模拟C h a r NV o l a t i l eNN 2图4 7 机理DN 2依照L o c k w o o d 的方法，焦炭氮被直接释放成气态的N O ，N O 主要是作为在炭中氮原子氧化中的解吸作用的产物，如果遵循这种途径，就有：旷訾)腰3 = 0 ( 4 - 3 6 )根据前文2 2 3 节所述，N O 是焦炭N 的主要燃烧产物，挥发分N 主要转化为H C N 和N I - 1 3 ，其中又以H C N 为主，新井纪男等人【2 6 】通过对不同品质的2 0 种煤的研究表明挥发分N 向N I - 1 3 的转化率在1 0 3 8 K 以下温度区域

90、随温度的增加而增加，超过这个温度后N i t 3 的转化率不再增加，在2 0 种煤中其转化率的最高值也低于1 3 , ；而向H C N 的转化随温度增加成比例增加，在1 5 0 0 k 时较高的转化率可达6 5 。综上所述，本文在模拟中采用机理B 进行N O x 生成模拟。4 5 模拟结果采用本文4 4 节描述的煤粉锅炉的炉内过程的各种数学模型以及数值模拟方法，对该锅炉炉内的流动，传热和燃烧过程进行了数值模拟，给出了炉内的速度场，温度场、组分浓度场以及颗粒轨迹等。并且模拟了改变条件后的各工况的情况，对改造工况和原设计工况进行比较。对锅炉原设计工况的模拟包括炉内的温度分布、速度分布，各组分浓度分

91、布，颗粒轨迹分布等。1 温度场( 单位：K )3 3北京交通大学硕士学位论文6 05 0N3 0n6 0S 55 04 54 03 5N3 02 52 01 51 0St e m p e r a t u r e露图4 8 炉越中心截面温度场( 上图为左右墙中心截面图，下器为前后墙中心截面圈)图4 8 为只考虑辐射而忽略对流传热方式时炉膛左右墙和前后墙中心截面的温度场。温度场大致呈对称分布形式，炉膛内最高温度达1 9 9 0 K 以上。在前后墙对冲燃烧锅炉中，温度分布情况由炉膛中心向炉膛出口及冷灰斗逐4 原设计工况下N O x 排放数值模拟渐递减，这与实际锅炉燃烧情况相同。在燃烧器的喷口处，由于

92、进入炉内的煤粉被迅速加热，挥发分析出，在此区域出现剧烈燃烧，燃烧器喷口附近出现高温区。A ：第一层燃烧器截面温度蓼) 一1 8 0 7 黛纂厂1 蒜蒸。醚器嵩雾：蘩B ：第二层燃烧器截面温度C ：第三层燃烧器截面温度D ：O F A 层燃烧器截面温度图4 9 沿炉高方向各层燃烧器截面温度分布图图4 9 所示截面为沿炉高方向各层燃烧器截面温度分布。由图A 和图B 可以看出，这两层燃烧器的温度分布比较对称，符合实际锅炉燃烧情况，而第二层燃烧器截面温度较第一层燃烧器截面温度高，由图B 看出最高温度2 0 0 2 K ，图A 最高温度1 9 0 0 K 。这是因为第二层的燃烧条件优于第一层，采用空气分

93、级燃烧后温度最高点上移。布置在后墙的( 沿炉高方向) 第三层燃烧器为漏风层燃烧器，风量很少，且没有煤粉进入，燃烧不剧烈，因此该层燃烧器器高温区出现在靠近前墙燃烧器附3 5北京交通太学硕士学位论文近。后墙O F A 层燃烧器由于受漏风层燃烧器的影响，温度最高区也偏向前墙O F A燃烧器附近。t m w a l u o醛图4 1 0 炉膛出口截面温度图4 1 0 为炉膛水平烟道出口截面温度分布图，温度分布比较对称，最高温度1 3 4 4 K 。由于本文所研究的内容来自工程实际问题，所以锅炉实际运行中的试验数据对检验本文数值模拟的正确性是报适合的。本课题组对该锅炉进行的热力校核计算中原设计工况的炉膛

94、出口烟温为1 2 7 6 K ，而本次模拟原设计工况下炉膛水平烟道出口平均烟温为1 1 9 0 K ，相差8 6 K ，误差为6 7 。2 速度分布图4 1 l 为原设计工况下炉膛左右墙中心截面速度矢量图和速度分布图。可以看出，在燃烧器区域，包括与冷灰斗交接面处都有回流产生，形成旋涡。从燃烧器出来的气流大部分向上流动有- - 4 部分向下流动，进入冷灰斗。在折焰角处速度增大，导致此处湍流强度增大，混合加强。在折焰角的上方水平烟道出口处和后烟道分割道挡板两倒由于速度的影响也有回流产生。从速度矢量图中可以看出：低速直流的煤粉空气混合物处在两股强大的二次风包围之中，由于煤粉很难从二次风中分离出来，因

95、此。减少了与炉壁接触的机会，不可能造成炉膛结焦。烟气在炉膛中上升的过程中不会像切圆燃烧锅炉那样有旋转存在，在炉膛出口更不会有残余旋转，因此，对冲锅炉不会在水平烟道引起过热器的温度偏差。从速度云图中可以看出：炉膛中气流速度最高近5 0 m s ，出现在燃烧器二次风的入口。图41 2 左图为沿炉高方向最下一层燃烧器的速度矢量图，右图为第二层燃烧器层的速度矢量图。可以看出旋转射流不但具有轴向速度而且具有较大的切向速度，从旋流燃烧器出来的气体质点既有旋转向前的趋势，又有切向飞出的趋势，因此，初期扰动非常剧烈。旋转射流不断卷吸周围气体且不断扩展，使其4 原设计工况下N O x 捧放数值模拟径向速度的旋转

96、速度不断增大，切向速度衰减得很快，导致射流的后期扰动不够强烈，最大轴向速度也由于卷吸气体而衰减得很快，使得旋转射流的射程比较短。从图4 1 2 中可以看出在离燃烧器出口一段距离内由于旋转射流在轴线上的速度为负值，产生一个回流区，旋转射流能够回流高温烟气。帮助煤粉气流着火。沿炉宽方向相邻的两个燃烧器的旋向相反，同一层燃烧器截面的前后墙相对应的两个燃烧器的旋向相反( 图A ) 沿炉高方向上相邻的两个燃烧器的旋向也相反( 图B ) 。图41 1 炉膛左右墙中心藏面速度矢量及速度分布圈AB嗤41 2 相邻两层燃烧器的速度矢量图黜M黝M粼篡嚣裟_嗣嚣瓣霹=“=iH盯i雏冲=_i=：ii件i翻鳜艇捅鳓赫嶙

97、鬻鳓霸黛獭北京交通大学硕士学位论文3 颗粒轨迹图4 1 3 颗粒轨迹图图4 - 1 3 为颗粒轨迹图，颗粒从燃烧器喷口进入炉膛后，一部分直接向上随气流流动，一部分进入冷灰斗内。有部分颗粒在炉内燃烧过程中形成往复运动，部分颗粒随气流流出炉膛，而部分颗粒由于重力作用会使颗粒落向冷会斗而未燃尽这就造成了飞灰未燃尽损失。颜色代表颗粒在炉内的停留时间多少，少部分颗粒停留时间达6 0 多s ，大部分颗粒停留时间5 s 左右。颗粒轨迹图与速度圈是对应的。4 组分浓度场各个截面的伤摩尔浓度分布图出图4 1 4 看出，煤粉由一次风带入后，达到煤粉的热解温度，挥发份大量析出和焦炭的燃烧消耗了大量氧气，因而炉膛中心

98、吼浓度很低，而炉膛上区域氧浓度较高，说明炉膛中心区域燃烧得很充分。符合实际锅炉运行情况。乙000O0O0O0000O0O00000a：鑫班咖抽嗡=曼错咖嘶=耋抽临妇：|蓦晰：耋狮蛳勇_4 原设计工况下N O x 捧放羲值模拟霹A ：炉高1 4 7 5 4 m 处B ：炉高1 9 1 5 4 m 处c 炉高2 3 5 5 4 m 处D ：炉高2 75 5 4 m 处图41 5 沿炉高方向各层燃烧器中心截面0 2 浓度圉埔船舶肼盯埘耶；量借肼埘瞄朋j詈m；詈小船日H口酬-北京交通大学硕士学位论文图41 5 为沿妒高方向上四层燃烧器中心截面的0 2 浓度分布圈。第一层燃烧器和第二层燃烧器中心截面也浓

99、度分布比较对称。由于后墙漏风层的影响Z = 2 35 5 4 m 截面靠近后墙附近0 2 浓度较前墙高，而靠近前墙燃烧器附近0 2 浓度低，前墙附近0 2 浓度低。O F A 燃烧器层氧浓度分布较为对称。各个截面的C 0 2 摩尔浓度分布图图41 6 为炉膛左右墙及前后墙中心截面C 0 2 浓度图，从图中可以看出：炉膛中心区域C 0 2 浓度屉高，沿炉膛高度方向浓度减小。A ：Z = 1 4 7 5 4 m 截面处前后墙中心截面C 0 2 浓度图I ，II 鬻 II j ( IIX I一叫叫叫叫呻呻们叩呻帅帅叩霸日吲I蕊嘛蒜嘲匿瞅瞄隘4 原设计工况下N O x 捧放魏值模扭c Z = 2 3

100、J 5 4 m t 面处D ：Z - 2 q 5 截面蛀田4 1 7 沿炉膏方向軎层崩烧嚣中心藏面0 啦浓度分布田结合各个截面的啦和c o z 浓度圈可以看出，q 浓度场和C 0 2 浓度场存在对应关系即啦浓度高的地方C 0 2 浓度低，而0 2 浓度低的地方c 晚浓度较高尤其在燃烧器区域靠近壁面佣熊魄剧烈，c 啦大量生成，而0 2 大量消耗5 N O x 的数值模拟( 单位m 咖在进行N O x 的数值模拟时，需要计算挥发氮v N 和焦炭氮c N 的含量本次模拟所用煤种为准格尔烟煤，煤种分析表见3 1 节根据下式可以计算出N 元素的干燥基N d虬= 而N 4 虿x 1 0 0 ( 4 - 3

101、 7 )式中，N a 间8 8 ，A a I = - 1 3 2 5 ，得出：N a = I 0 1 4= 0 7 x 虬= 00267(4-3S)o = O3 巩= 0 0 0 7 0 1 ( 4 - 3 0 )图41 8 为炉膛左右墙中心截面的N O x 浓度分布图。在燃烧器区域至炉膛中心这段距离中挥发份大量析出，含氮化合物迅速被进r l 的氧气氧化，生成H E N等中间产物，然后进一步转化为N O 。在这一区域由于氧气的消耗浓度变低，但是温度逐渐升高N o x 浓度升高。因此在炉膛中心燃烧器区域出现N O x 峰值区。在燃烧器上部随着炉膛高度的增加，N O x 的浓度值降低北京变通大学硕

102、士学位论文图4 1 8 炉膛中心截面N O x 浓度图AZ = 1 4 7 5 4 m 截面处c ：Z = 2 35 5 4 m 截面妊B ：Z = 1 91 5 4 m 截面处繁漂D ：Z = 2 75 5 4 m 截面处图41 9 沿炉艟高度方向不同燃烧器中心截面N O x 浓度图0 日5a 1吣mmm兰!呈!帅m眦湖哪l詈娅伽同嗣4 原设计工况下N O x 排放数值模拟图4 2 0 锅炉出口截面图4 1 9 为沿炉膛高度方向上不同燃烧器层截面上的N O x 分布。弘1 9 1 5 4 m截面较Z = 1 4 7 5 4 m 截面N O x 浓度高，因为前者总体温度水平比后者高，而热力型N

103、 O x 的产生主要与温度有关。炉高2 3 5 5 4 m 截面N O x 分布主要有两个峰值，靠近前墙附近由于燃烧温度较高出现一个峰值，靠近后墙附近由于氧气浓度较大( 过量空气系数增大) 也出现峰值。炉高2 7 5 5 4 m 处截面N O x 浓度峰值出现在靠近前墙处，与该截面温度的分布成对应关系。图4 2 0 为锅炉出口截面N O x 浓度分布图，在此截面上N O x 值较为均匀，计算得出锅炉原设计工况下锅炉出口N O x 平均浓度为7 2 5 m g m 3 实测锅炉出口的氮氧化物含量为7 1 2 m g m 3 ，模拟中原设计工况下锅炉出口氮氧化物平均含量为7 2 5 m g m 3

104、 相差1 3m g m ，误差为1 8 。尽管实测中和模拟中炉膛出口位置均为省煤器出口，预热器进口位置，但是由于模拟中没有考虑各受热面的漏风，使得实测时烟气的含氧量比模拟中的含氧量大，因此导致实测的N O x 浓度比模拟的略低。上述模拟结果与国内的很多研究包括数值模拟【4 3 ，5 3 1 以及实验测定 4 4 , 4 ”1 】的各种参数的分布规律能较好符合，这说明对此燃煤锅炉的数值模拟是成功的，能进行下一步的对改造工况的模拟。4 35 改造工况下N O x 排放数值模拟5 改造工况下N O x 排放数值模拟在原设计工况与实际结果符合较好的情况下，本文通过改变二，三次风风量和燃尽风的风量配比和

105、二次风的旋流数，利用F l u e n t 软件通过对各改造工况的温度场、N O x 生成情况进行数值模拟，为锅炉低N O x 排放改造提供依据5 1 改变二，三次风量和燃尽风量的配比在本文1 3 节已经介绍了空气分级燃烧技术原理。空气分级燃烧主要是通过调整燃烧器及附近区域或整个炉膛区域内空气和燃料的混合状态，使燃料经过“富燃料燃烧一和“富氧燃烧 两个阶段，实现N O x 生成量下降的燃烧技术分级燃烧的实现有多种方式，主要有轴向和径向燃烧两种【5 3 】轴向分级燃烧方式即火上风方式径向分级燃烧是将二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度，形成一次风煤粉气流在内、二次风在外的径向分级燃烧。沿炉膛水平径

106、向把煤粉的燃烧区域分成位于炉膛中心的贫氧区和水冷壁附近的富氧区。由于二次风射流向水冷壁偏转，推迟了二次风与一次风的混合，降低了燃烧中心氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了N O x 的生成。本文根据空气分级燃烧轴向分级燃烧的思想，对原设计工况进行了如下改造：保证二次风的旋流数不变，分别减少前墙下三排燃烧器和后墙下两排燃烧器( 共2 5 只燃烧器) 的二次风量和三次风量的5 ，1 0 ，2 0 ，所减少的风量相应地增加燃尽风量( O F A 燃烧器) ，保证锅炉内总的空气量不变，即总的过量空气系数不变，设定了三个工况。三个工况的具体参数见表5 1 。表5 1 三种工况参数二次风三次风燃尽风(

107、 o F A )风速( m s )风率( )风速( m s )风率( )风速( m s )风率( )原设计工况5 4 7 8 73 9 12 0 0 9 62 2 19 4 2 31 4 5工况一5 2 0 4 83 7 11 9 0 9 12 11 1 4 0 61 7 6工况二4 9 3 0 83 5 21 8 0 8 61 9 91 3 3 92 0 6工况三4 3 8 33 1 31 6 0 7 71 7 6 51 7 3 5 72 7 14 5北京交通大学硕士学位论文1 温度场原设计工况工况二工况一工况三图5 1 各工况下炉膛中心截面温度场( 单位：k )5 改造工况下N O x 排

108、放数值模拟原设计工况Z r = - 1 4 7 5 4 m工况一Z = 1 4 7 5 4 m工况二Z = 1 4 7 5 4 m原设计工况z = 1 9 1 5 44 7工况三Z = 1 4 7 5 4 m工况一z = 1 9 7 5 4 m北京交通大学硕士学位论文工况二z = 1 9 1 5 4 m原设计工况z = 2 3 5 5 4 m工况二Z 寻2 3 5 5 4 m工况三z - 1 9 1 5 4 m工况一Z 产2 3 5 5 4 m工况三Z 芦2 3 5 5 4 m图5 2 各工况下沿炉高方向三层燃烧器中心截面的温度场( 单位：K )5 改造工况下N O x 排放数值模拟一。| ，

109、一。1 1 a 5 ，：( ：竺，饔港迫堡：流1、1 日自、1 1 3 2 、，5 1原始工况工况一工况二工况三图5 3 各工况下锅炉出口截面的温度场由各工况下的炉膛各截面温度场可以看出；在前后墙对冲布置的煤粉炉内，温度分布情况由炉膛中心向炉膛出口逐渐递减，与实际锅炉情况相同。由于分级送风比例的增加，延迟煤粉燃烧过程氧气的供应，加强了炉内还原性气氛，降低了炉内火焰温度，由于第二层燃烧器的燃烧条件优于第一层燃烧器，因而温度较高。随着二，三次风量的减少，Z = 1 4 7 5 4 m ，z - 1 9 1 5 7 m ，Z = 2 3 5 5 4 m截面的最高温度都在下降工况一二锅炉出口截面温度场

110、分布对称性较好，工况三则较差。不过各工况锅炉出口烟温变化幅度不大。对于Z = 2 7 5 5 4 截面出温度的变化与其它截面不同，由于燃尽风相对于高温火焰而言是一股冷空气，因此投入后截面平均烟气温度会有所下降，投入的燃尽风量越大，火焰温度下降越多；但是，对于煤粉颗粒的燃烧而言，燃尽风又起到了后期补充氧气的作用，促使其燃尽，因此，投入的燃尽风量越大，煤粉燃尽率越高，烟温升高越多。由图5 4 可以看出，不同工况下Z = 2 7 5 5 4 m 截面平均温度相近，变化幅度不大。说明了在燃尽风投用后，煤粉进行“后期补燃 ，火焰向受热面的散热与颗粒的燃烧放热趋于相等，从而维持烟气温度基本不变。4 9，k

111、怆一矾旧一吸。飞一飞1。，一簇北京交通大学硕士学位论文图5 4 各个工况下Z = 2 7 5 5 4 m 截面平均温度2 锅炉出口平均温度采用空气分级燃烧后对于炉膛的出口烟气温度会有影响，本文取锅炉出口( 省煤器出口) 截面平均烟气温度进行比较。图5 5 为原始工况和三种变工况下锅炉出口的平均温度。原始工况下锅炉出口平均烟气温度为1 1 7 5 K ，变工况下工况一的锅炉出口平均烟温为1 1 5 0 K ，工况二为1 1 5 9 K ，工况三为1 1 6 3 K 。随着燃尽风量增加，锅炉出口平均烟温增加，但是与原工况相比，变化幅度不大，基本在2 5 K 以内。图5 5 锅炉出口的平均温度5 改

112、造工况下N O x 排放数值模拟4 N O x 的分布情况增加燃尽风量，减少二、三次风量对于炉膛温度有很大的影响，而对于热力型N O x 来说，温度是影响其生成的主要因素，在各变工况的基础上，对N O x 的生成进行了数值模拟。图5 6 为原始工况和个变工况的炉膛中心截面N O x 浓度分布图。原设计工况工况一工况二工况三图5 6 各工况下炉膛中心截面N O x 浓度分布5 l北京交通大学硕士学位论文三个变工况下炉膛内的N O x 的分布规律与原设计工况基本相同，都是在燃烧器区域出现N O x 最大值，沿炉膛高度方向逐渐降低。与原设计工况相比，随着二次、三次风量的减少，O F A 燃尽风量的增

113、加，炉膛中心截面的N O x 最大浓度降低。图5 7 锅炉出口N O x 平均浓度图5 7 为锅炉出口截面平均N O x 值，即炉膛排放N O x 含量。模拟结果表明，随着二三次风量的减少，锅炉出口N O x 的含量减少，工况三N O x 降低的最多，达1 5 。6 锅炉出口煤粉燃尽情况飞灰可燃物热损失是燃煤锅炉的一种重要指标，直接影响锅炉的效率。而对于新安装锅炉或改进后的锅炉，燃尽率是应考虑的主要性能之一。表5 2 为原设计工况和改造工况的煤粉燃尽情况。表5 2 锅炉出口处燃尽情况注：飞灰可燃热损失= ( 1 - C h a r b u r n o u t ) 固定碳B x 3 2 7 0

114、0 2 9 6 0 0 其中：C h a rb u r n o u t 为C h a r 燃尽率( ) ，B 为煤耗量( k g s )5 25 改造工况下N O x 排放数值模拟由表5 2 可以看出，随着燃尽风量的增加，煤的燃尽率下降，工况三较原设计工况飞灰可燃物热损失明显增加，增加了2 3 3 。燃尽风的增加延迟了煤粉燃烧过程氧气的供应，加强了炉内的还原性气氛，降低了炉内火焰温度，使得煤粉燃烧效率的下降。5 2 改变二次风的旋流数大小在实际的燃烧系统中，旋流能够加强四周空气和燃料的混合从而强化燃烧，强旋流能够形成环形回流区，将热和化学反应组分回流到火焰的根部从而加强火焰的稳定性【4 9 】

115、。实际上，旋流对N O x 生成的影响是复杂的，旋流数的改变会影响流场，包括回流区的大小，位置，火焰温度等。目前，旋流燃烧是增加还是减小N O x 的生成，尚缺乏报道【4 9 】。有些实验结果表明，随着旋流数的增大，N O x排放也相应地增大，而另外一些实验结果则恰恰相反L 删当旋流数S w 0 6 时，沿射流轴线的反向压力梯度不能再被沿轴向流动流体质点的动能所克服，能够在射流的中心部分形成一个呈环形漩涡状的回流区。将这种旋转流称为“强旋流 锅炉原设计工况下二次风的旋流数为1 0 7 ，三次风旋流数O 5 。二次风旋流强度可调，三次风旋流强度不可调。本文主要研究在强旋流下N O x 的生成情况

116、保证原设计工况的风量配比保持不变，设计了二次风旋流数增大2 0 、减小2 0 和减小4 0 三个工况表5 3 为这三个工况的参数设置。表5 3 改变旋流数的工况参数旋流数工况说明二次风三次风原设计工况1 0 7O 5原设计工况工况四1 2 8 40 5二次风旋流数增大2 0 工况五0 8 5 6O 5二次风旋流数减小2 0 工况六0 6 4 20 5二次风旋流数减小4 0 1 温度场原设计工况下二次风量的风率为3 9 1 ，改变二次风的旋流数对温度场有一定的影响。5 3北京交通大学硕士学位论文工况四工况五原设计工况工况六图5 8 变旋流数下各工况下炉膛中心截面温度场( 单位：K )旋流数的增大

117、导致二次风切向速度的增大，携带煤粉的一次风在高温二次风的卷吸下迅速混合，加快了煤粉的燃烧速度。从图5 8 可以看出，随着二次风旋流数的增大，整个炉膛的温度升高，炉膛中心是燃烧最剧烈的地方，温度最高。5 改造工况下N O x 排放数值模拟冷灰斗的温度也随之升高，对于工况六冷灰斗的温度可能会超温，这对于锅炉的运行是不利的。对于燃烧器来讲，旋流数过大过强可能会灼烧水冷壁。因此，不建议采用过大旋流数。2 回流区旋转射流在离燃烧器出口一段距离内轴线上的速度为负值，能产生一个中心回流区，回流高温烟气，帮助煤粉气流着火。旋流数不同，回流区的大小和位置也不同。工况四旋流数0 6 4 2原设计工况旋流数1 0

118、7工况五旋流数0 8 5 6工况六旋流数1 2 8 4图5 9 不同旋流数下Z = 1 4 7 5 4 m 截面处前墙第一个燃烧器的速度图随着二次风旋流数的增大，二次风的切向速度增大，回流区增大回流区对周围介质的卷吸能力较大，对整个流场产生很大扰动，使得煤粉颗粒和空气混合的更好，更有利于煤粉着火和稳定燃烧。2 N O x 浓度场( r a g m 3 )图5 1 0 为变旋流数下各工况炉膛中心截面N 0 x 浓度分布图，与原设计工况相同，N O x 浓度最高出现在燃烧器区域附近，逐渐沿炉高方向降低，N O x 分布图与炉膛中心温度场成对应关系，炉膛中心温度高的工况N O x 浓度高。5 5北京

119、交通大学硕士学位论文工况四原设计工况工况五工况六图5 1 0 变旋流数下各工况下炉膛中心截面N O x 浓度场5 65 改造工况下N O x 排放数值模拟图5 1 l 锅炉出口平均N O x 浓度图5 1 1 为锅炉出口平均N O x 浓度。随着二次风旋流数的增大，锅炉出口N O x浓度增大，旋流数为0 6 4 2 时，出1 3 浓度6 5 9 m g m 3 ，比原设计工况N O x 出口浓度下降了1 0 。旋流数为1 2 8 4 时，出1 3 浓度为7 5 3 m g m 3 ，比原设计工况出口浓度7 2 5m g m 3 升高了近4 。4 锅炉出口平均温度图5 1 2 为变旋流数下锅炉出

120、口平均温度，随着旋流数的增大，锅炉出口平均温度增大，但是增加幅度不大图5 1 2 锅炉出口平均温度5 7北京交通大学硕士学位论文5 3 改变漏风层的进风量通过模拟前面六个工况，本文又分别在工况一和二的基础上，将二，三次风减少风量的5 0 从燃尽风口送入，5 0 从炉膛停运层燃烧器进入。设置了工况七和工况八。1 温度场( K )表5 4 变工况的运行参数表停运层燃烧器O F A 燃烧器工况风速( m s )风率( )风速( m s )风率( )原设计工况9 7 0 11 4 79 4 2 31 4 5 3工况七1 6 4 32 4 91 0 7 4 61 6 3工况八2 3 1 5 43 5 l

121、1 2 0 6 81 8 6工况七Z = 2 3 5 5 4 m工况八Z 军2 3 5 5 4 m工况一Z 产2 3 5 5 4 m工况二Z = 2 3 5 5 4 m图5 1 3 改造工况分别与工况一，二对比温度等值线图5 85 改造工况下N O x 排放数值模拟工况七，八与工况一、二的下两层燃烧器的空气量相同，而后墙第三层燃烧器的进风量增加，O F A 燃烧器进风量减少。因此炉膛中心截面温度不会有大的变化，温度最高区出现在燃烧区域附近，沿炉高方向温度递减。模拟主要研究了第三层( z - 2 3 5 5 4 m ) 燃烧器的温度变化以及锅炉出口温度的变化。与工况一，二z - 2 3 5 5

122、4 m 截面温度场图对比可知：工况七，八的温度增高，但是增加幅度较小。3 N O x 浓度工况七，工况八Z - 2 3 5 5 4 m 截面的温度升高，过量空气系数变大，相应氧浓度变大，该截面N O x 浓度随之升高。工况七锅炉出口处N O x 浓度平均值为6 9 2 m g m 3 ，比工况一增加了ll m g m 3 ；增幅1 4 ；工况八锅炉出口处的N O x 浓度平均值为6 5 8 m g m 3 ，比工况二增加了1 4 m g m 3 ，增幅2 2 5 。4 燃尽率由于增加了漏风层的空气量，第三层燃烧器的氧浓度变大，煤粉燃烧所需要的空气增多，工况七、八较工况一、二煤粉燃尽率得到了提高

123、。表5 5 煤粉燃尽率5 4 本章小结本章主要在原设计工况上进行了三种改造的模拟：一：保证二次风旋流数不变，分别将二三次风量的5 ，1 0 ，2 0 由燃尽风风口送入炉内，模拟结果表明，分级越大，N O x 降低越多，但同时锅炉出口飞灰可燃物含量增大，降低了煤粉的燃尽率。而且由于下层燃烧器缺氧运行，燃用烟煤使炉膛处于还原性气氛中，有腐蚀的危险，因为烟煤中明显地含有较高的氯化物成分。二：保证原设计工况的风量配比，根据锅炉采用旋流燃烧起的特点，二次风旋流强度可调，三次风旋流强度不可调，改变二次风的旋流数，最大1 2 8 4 ，避免灼烧水冷壁；最小0 6 4 2 ，保证了燃烧器处于强旋流的运行中。模

124、拟结果表明，在5 9北京交通大学硕士学位论文强旋流中，随着旋流数的增大，炉膛整体温度升高，锅炉出口N O x 升高。一- - - 在工况一，二的基础上，将部分燃尽风量送入炉膛停运层燃烧器，炉膛N O x 较分级燃烧工况升高，但是燃尽率有一定的提高。6 结论与展望6 结论与展望本文运用F l u e n t 流体计算软件，结合电厂的实际运行工况，以一台旋流式前后墙对冲布置的锅炉为研究对象，通过改变旋流数和不同的风量配比，对炉内燃烧时N O x 的生成进行了数值模拟。本文所作的工作及得出的结论主要有以下几个方面：1 从理论上研究了燃煤电厂煤粉燃烧时，氮氧化物的生成机理、影响因素以及控制方法；2 对

125、模拟炉内燃烧过程所采用的方法和模型进行了总结，并把计算软件应用到6 0 0 M W 旋流式前后墙对冲布置的锅炉炉内燃烧的模拟计算中，本文汇集了大量的从模型建立到方法选择、模拟计算方面的经验。3 对锅炉原设计工况下炉膛内的温度场、速度场、组分浓度场以及N O x 的生成进行了模拟。模拟结果表明，各种场的分布比较符合前后墙对冲燃烧煤粉炉的实际运行情况。在成功模拟原设计工况的基础上，通过改变旋流燃烧器二次风的旋流数以及二次，三次风和燃尽风的风量配比进行改造工况的模拟。4 二次风的旋流数增大使得炉膛中心的温度升高，N O x 生成增多5 采用空气分级技术：减少二三次风量，增加燃尽风量，炉膛中心温度降低

126、，炉膛出口温度变化幅度* l i d , ，出口N O x 减少。煤粉燃烧效率下降，出口飞灰热损失增加。6 在分级燃烧的基础上改变停运燃烧器的漏风量和燃尽风量的比例。N O x 生成增多，燃尽率提高。综上：电厂采用低N O x 燃烧技术( 空气分级燃烧) ，可使其N O x 的排放低于国家标准。采用空气分级燃烧降低N O x 的生成，需要实现低温燃烧和降低过量空气系数，对于完全燃烧是不利的。因此在运行中，应该尽可能地降低过剩空气量，但应保证燃烧稳定，不引起腐蚀。在强旋流中，采用低旋流数可以降低整个炉膛的温度，使炉膛出口N O x 浓度下降。对于本文研究对象的低N O x 改造，建议采用二次风旋

127、流数在O 6 4 2 1 0 7之间，风量配比采用工况二的参数设置，在不明显降低炉炉膛整体温度的前提下可以适当增加停运层燃烧器的漏风量进行工况设计。采用锅炉运行方式的改造和烟气净化技术两者相结合降低N O x 浓度效果更好。根据目前的结果，对今后进一步研究工作的建议：1 在建立物理模型时，本文对锅炉结构进行了简化，省略了后烟道过热器和省煤6 1北京交通大学硕士学位论文器，这降低了计算精度，如果能考虑实际情况，考虑炉内的各种换热设备，这样会使结果更加理想、符合实际。2 进一步对N O x 的生成机理进行研究，单独对热力N O x 、燃料N O x 的生成，分布规律做详细模拟，分析与燃烧区域组分浓

128、度场、温度场等的关联性。3 由于该电厂位于海拔较高处，气压对于锅炉有一定的影响，下一步可以考虑气压对锅炉的影响。6 2北京交通大学硕士学位论文参考文献参考文献【l 】王卓雅赵跃民高淑玲论中国燃煤污染及其防治嗍煤炭技术2 0 0 4 2 3 ( 7 )【2 】何曙光冲国煤炭行业远景预测及发展规划口) 】天津大学博士学位论文2 0 0 0 【3 】会议报告( 国新办) 2 0 0 8 4 2 2f 4 】钟铁林电站锅炉炉内N O x 生成规律的数值模拟p 】华北电力大学工程硕士学位论文2 0 0 6【5 】刘霞4 0 0 t h 四角切圆煤粉炉分级燃烧技术降低N O x 排放的研究与数值模拟【D

129、】东南大学硕士学位论文2 0 0 4【6 】高宇百万机组控制N O x 排放的措旌阴贵州电力技术2 0 0 8 2【7 】甘吴孙世群王朝飞等铜陵市酸丽变化趋势分析叨合肥工业大学学报2 0 0 8 3 1 仍【8 】田海宏燃煤污染及控制措施分析川应用能源技术2 0 0 4 【9 】肖理生曾汉才金峰分级燃烧最佳一次风空气系数的实验研究叨动力工程2 0 0 1 2 1【l o 】周力行N O x 生成湍流反应率数值模拟的发展叨力学进展，2 0 0 2 ( 3 0 )【l l 】徐明厚郑楚光燃煤锅炉燃烧过程与N O x 排放的模型与数值计算田工程热物理学报2 0 0 1 2 2 ；2 4 9 - 2

130、5 3【1 2 】S V 帕坦卡传热与流体流动的数值计算【M 】【1 3 】F i v e l a n d W Aa n dw e s s e l R AN u m e r i c , a lM o d e lf o rP r e d i c t i n gP e r f o r m a n c eo fT h r e e- D i m e n s i o n a lP u l v e r i z e d - F u e lf i r e dF u r n a c e J o fE n g i n e e r i n gf o rg a sT u I b i i l a n dP o w e

131、r J a n u a r y V 0 1 1 1 0 - 1 1 7 ( 1 9 8 8 )【1 4 l x 圮k w o o d E C 。a n dR o m o - M i l l a r m C A C o m b u s t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 【15 】C o i m b r a C E M A z o v e d o J L T a n d C a r r a l h o M ( 1 3 - D N u m e r i c a lM o d e lf o rP r e d i c t i n gN O xE m

132、i s s i o n sf r o ma n dI n d u a t r i a lP u l v e r i z e dC o a lC o m b u s t o r F u e l V 0 1 7 3 , N O 7 ( 1 9 9 4 )【1 6 G i l l s P A T h r o c - D i m o n s i o n a lC o m p u t a t i o n a lF l u i dD y n a m i c sM o d e l i n gi nI n d a s 血- i a lF u r n a c e P h D t h e s i s D e p

133、t C h e n E n g B Y U 1 9 8 9【1 7 】岑可法樊建人工程气固多相流理论与计算【M 】浙江大学出版社【1 8 陶文铨数值传热学【M I 西安交通大学出版【1 9 】岑可法姚强燃烧理论与污染控制嗍机械工业出版社2 0 0 4 6 【2 0 Z e l d o v i s hJ ，t h eo x i d a t i o no f n i t r o g e ni nc o m b u s t i o na n de x p l o s i o n , a c t a p h y s i o c h i m U S S A 2 1 4 1 9 6 4 2 1 】王蓉斯东

134、波池作和煤热解过程中氮分配规律的试验研究 J 】技术交流【2 2 】方立军高正阳阎维平等低挥发分煤燃烧N O x 排放特性的试验研究阴冲国电机工程学报2 0 0 3 8 ( 2 3 )【2 3 】任建兴翟晓敏傅坚刚火电厂氮氧化物的生成和控制【J 】上海电力学院学报2 0 0 2 1 8【2 4 】M X u e t a l m o d e l i n go ft h ec o m b u s t i o n gp r o c e s sa n dN O xe m i s s i o ni nau t i l i t yb o i l e r 2 0 0 0 1 6 1 1 1 6 1 9 【2

135、 5 】C h u n g e ny i nc ta 1 i n v e s t i g a t i o no ft h ef l o w c o m b u s t i o n h e a t - t r a n s f e ra n de m i s s i o n sf r o ma6 0 9 M Wu t i l i t yt a n g e n t i a l l yf i r e dp u l v e r i z e ：( i - c o a lb o i l e r F u e l2 0 0 2 9 9 7 1 0 0 6 【2 6 】新井纪男燃烧生成物的发生与抑制技术 M 】科

136、学出版社2 0 0 1【2 7 】S h i n j ik a m a b a r ae t a 1 r a l a t i o nb e 咖f u n c t i o n a lf o r m so fc o a ln i 心o g e na n de m i s s i o n sf r o mp u l v e r i z e dc o a lc o m b u s t i o n F u e l 1 9 9 5 7 4 ：1 2 4 7 1 2 5 4北京交通大学硕士学位论文参考文献【2 8 】范贤振郭烈锦高晖聂剑平6 7 0 t h 四角切圆燃烧煤粉炉炉内过程的数值模拟F L U E

137、 N T第一届中国用户大会【2 9 毕玉森电站锅炉N O x 排放现状，预测及技术改造【J 】中国电力1 9 9 8 1 2 3 0 】徐向乾巩志强姜波路春美低N O x 燃烧技术 J 】电力环境保护2 0 0 7 1 0【3 l 】薛金彪陈益增薛志芳低N O x 燃烧器的应用【J 】无锡华光锅炉股份有限公司【3 2 】徐向乾巩志强姜波路春美低N O x 燃烧技术叨电力环境保护2 0 0 7 1 0【3 3 】才雷腾生平祖兴利空气分级燃烧技术在燃烧器低N O x 改造中的应用阴华北电力技术2 0 0 6【3 4 】郝雪梅空气分级燃烧技术中两级燃尽技术试验研究 J 】煤炭燃烧2 0 0 7 (

138、2 )【3 5 】刘泰生周武叶恩清燃尽风对炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟【J 】动力工程2 0 0 6 2 3 6 】郑海红王冉阳任建兴空气分级燃烧降低燃煤电站锅炉N O x 生成的技术分析四上海电力学院学报2 0 0 6 2 3 ( 1 1【3 7 】东方锅炉股份有限公司D G 2 0 6 0 1 7 6 M 燃烧设备说明书【3 8 】江旭昌多风道煤粉燃烧器旋流数的分析与计算阴水泥2 0 0 9 9 1 1 1 5【3 9 】李勇刘志友安亦然介绍计算流体力学通用软件嗣u t 川水动力学研究与进展2 0 0 1 1 6【4 0 】周昊孙平岑可法偏转二次风系统6 0 0 M W 燃煤锅炉N O

139、 x 排放特性及数值模拟 J 】环境科学学报2 0 0 1 2 1【4 l 】郑友取樊建人查旭东等切向燃烧锅炉炉内N O x 生成的数值模拟【J 】动力工程2 0 0 0【4 2 】邱广明阎志勇张慧娟等切圆燃烧煤粉炉的空气分级燃烧改造【J 】环境污染与防治【4 3 】由广大3 0 0 M W 对冲燃烧锅炉炉内过程数值模拟 D 】浙江大学硕士学位论文2 0 0 3 4 4 】魏恩宗骆仲泱岑可法等燃煤锅炉低N O x 燃烧技术及其试验研究【J 】电站系统工程【J 】2 0 0 1 1 7【4 5 】王鹏翔杨威陆慧林2 0 0M W 四角切向煤粉锅炉空气动力场冷态模化和数值模拟阴电站系统工程2 0

140、0 2 1 8【4 6 】许惠斌曾汉才1 0 2 5 t h 煤粉锅炉N O x 生成的数值模拟阴电站系统工程1 9 9 5 1 1【4 7 】钱力庚樊建人孙平等6 0 0 M W 锅炉炉内流动与燃烧过程的数值模拟【J 】动力工程2 0 0 1( 2 1 ) ：1 0 3 2 1 0 3 8【4 8 】高小涛高绥强张恩先燃烧优化降低锅炉N O x 排放的试验研究 J 】锅炉技术2 0 0 3 3 4 4 9 】陈兴隆周力行张健旋流扩散燃烧中旋流数对热N O 生成的影响【J 】工程热物理学报2 0 0 1 4 ( 2 2 ) 5 0 】程勇汪军蔡晓舒旋流燃烧室中N O 排放的数值计算 J 】上海

141、理工大学学报2 0 0 4 2 6 ( 6 )【51 】T A B B A S ，E C O S T E N ，a n dE C L O C K W O O D T h eI n f l u e n c eo f N e a rr e g i o nA e r o d y a n m i c so nt h eF o r m a t i o na n dE m i s s i o no fN i t r o g e nO x i d e si naP u l v e r i z e dC o a l F i r e dF u r n a c e C O M 旧U S T I o NA N DF

142、 L A M E9 1 ：3 4 6 3 6 3 ( 1 9 9 1 )【5 2 】V o g e l ，J C ，E a t o n , J I C ，“H e a tt r a n s f e ra n df l u i dm e c h a n i c sm e a s u r e m e n t si nt h et u r b u l o n tr e a t t a c h i n gf l o wb e h i n dar e a r w a r df a c i n gs t e p ，R e p o r tM D - 4 4 ，T h e r m os c i c n 0 3

143、 sD i v 1 9 8 4【5 3 】张惠娟宋鸿鹏慧世恩四角切圆空气分级燃烧技术及应用叨热能动力工程2 0 0 5 1 8 ( 3 )北京交通大学硕士学位论文作者简介作者简介王蕾，女，生于1 9 8 3 年，河南省林州市人2 0 0 6 年7 月毕业于河南大学环境与规划学院，获理学学士学位，所学专业为环境科学。于2 0 0 6 年9 月进入北京交通大学机械与电子控制工程学院学习，所学专业为动力系环境工程专业。大气污染控制方向，主要从事清洁燃烧和环保技术的研究工作，师从何伯述先生学位论文完成与2 0 0 8 年1 1 月底。硕士期间获北京交通大学“优秀奖学金”6 7600MW对冲燃煤锅炉降低

144、NO排放的数值模拟600MW对冲燃煤锅炉降低NO排放的数值模拟作者：王蕾学位授予单位：北京交通大学 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 罗永浩 天然气发电与燃煤电厂污染控制 -上海节能2003,(5) 本文分析了上海市能源结构和电力构成,介绍了国外电力发展趋势,并结合西气东输工程,提出天然气再燃解决燃煤电厂污染的优化方案,同时对上海市电力发展和能源政策研究提出了若干建议.2.会议论文 吴丹.张世秋.朱彤 中国燃煤电力行业汞排放控制的经济分析 2006 本研究的核心目标是研究和识别在企业层面和行业层面，中国燃煤电厂实现汞污染控制费用有效性的技术选择、技术路径，在此基础上，估算中国燃

145、煤电力行业汞排放控制的成本。根据本研究的估算，中国燃煤电力行业的减排目标为2090时，行业边际汞减排成本在0.2亿250亿元/年的范围内变化，行业平均汞减排成本在0.2亿145亿元/年的范围内变化；燃煤电力行业可通过现有的预处理技术、颗粒物去除技术、烟气脱硫技术和氮氧化物控制技术的组合来达到超过90的汞排放。3.会议论文 罗永浩 天然气发电与燃煤电厂污染控制 2003 本文分析了上海市能源结构和电力构成,介绍了国外电力发展趋势,并结合西气东输工程,提出天然气再燃解决燃煤电厂污染的优化方案,同时对上海市电力发展和能源政策研究提出了若干建议.4.会议论文 杜云贵.王方群 国内燃煤电厂脱硝发展现状

146、2005 本文全面阐述了国内燃煤电厂氮氧化物排放现状、氮氧化物控制的政策法规、国内外NOx控制技术及应用,重点论述国际上主流的SCR烟气脱硝技术的工艺流程、关键系统和设备、催化剂的组成、设计和生产等,并对我国燃煤电厂NOx的控制提出了几点建议.5.学位论文 潘卫华 燃煤电厂环境污染及其控制决策支持系统研究 2004 课题针对目前电力企业缺乏准确有效的环境污染控制管理手段的现状,研究可以给出具体污染因素和治理方案的分析和决策支持系统.论文介绍了火电厂环境污染物的种类及其对人和环境的危害,对火电厂污染物的形成和排放进行了分析和说明.通过污染物排放量(浓度)计算模型和排放标准数据模型,分析火电厂污染

147、物排放超标状况及其趋势.提出了一种可操作性较强的污染控制方案的数据模型,并利用该数据模型及其优选策略,实现火电厂环境污染治理方案的最优选择,为火电厂环境管理提供决策支持.6.期刊论文 尹连庆.关新玉.YIN Lian-qing.GUAN Xin-yu 燃煤电厂重金属污染与控制 -热力发电2006,35(4) 对燃煤重金属的种类、存在形式以及危害进行了介绍,并重点阐述了国内外对燃煤重金属的一些控制措施.同时,指出在煤燃烧中添加固体吸附剂是一种相对经济和有效的控制重金属排放的方法.7.期刊论文 崔彦亭.刘宝林.何伯述.CUI Yan-ting.LIU Bao-lin.HE Bai-shu 燃煤电厂

148、污染控制技术进展与展望 -电力环境保护2006,22(4) 综述了燃煤引起的大气污染及危害,并分燃烧前,燃烧中及燃烧后分析了目前所采用的污染控制方法中存在的问题,针对燃煤引起的污染提出了相应的控制措施.8.会议论文 仲卫东 关于燃煤电厂二氧化硫的污染控制 2002 在环境空气污染中,工业及生活排放的SO是主要污染源,燃煤电厂排放的SO约占整个工业排放量的1/4以上,是一个相对集中的SO排污大户,因此控制燃煤电厂SO的排放是减缓空气污染、改善环境空气质量的一条有效途径.9.会议论文 王方群.杜云贵.廖帆.刘艺 我国煤电面临的环保问题及思考 2007 本文介绍了我国当前的大气和酸雨污染现状、相关污染控制法规、控制措施和未来的污染控制规划及措施,并对我国煤电发展面临的环保问题提出了一些思考和建议。控制燃煤引起的大气污染，主要是控制燃煤利用过程各个环节的污染源头，另一重要有效的措施就是在所有的生产和生活领域大力发展清洁节能技术。10.会议论文 王忠渠 燃煤电厂污染控制现状、趋势和策略 2009 本文链接：http:/