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420t/h锅炉SOFA低NO_X燃烧技术改造研究

作　者: 陆智
导　师: 周志军；刘建忠
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: NO_x 热天平沉降炉 SOFA 数值模拟
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 94次
引　用: 2次
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内容摘要

随着我国工业化进程的推进,电力工业的发展,作为我国主要能源的煤炭的消费量将逐年扩大,NO_x作为燃煤电站锅炉的排放烟气的主要污染物之一,对环境造成严重的污染。控制好电站锅炉的燃烧与污染物排放对我国的可持续发展有着重要的意义。本论文以萧山电厂420t/h四角切圆燃煤锅炉为研究对象,通过实验室研究、现场热态试验和数值模拟,制定了锅炉的SOFA低NOx燃烧技术改造。利用热天平试验台,研究了电厂燃煤的着火、燃烧特性,分析了煤种、升温速率等因素对煤的燃烧特性的影响,结果显示,电厂燃用的煤种的着火点温度、稳燃指数、燃尽指数有较大的差别。大混35002的着火温度最低,只有363℃,着火温度最高的大混35007达到424℃,二者相差60℃;着火稳燃特性指数与着火温度呈现出相同的规律,大混35002最大,达到3.21,大混35007最小,为2.84。燃尽性能方面,大混35007的燃尽性能最好,燃尽特性指数高达145.31,准混和大混106的燃尽性能相近,燃尽指数分别为120.31和124.40,大混35002的燃尽性能最差,燃尽指数只有71.03。在沉降炉试验台上,对各煤种在不同的过量空气系数下NO_x排放特性和不同温度下NO_x排放特性进行了系统的试验研究,并对其产生的原因进行分析,对于这4种煤种,综合考虑NOx的排放和焦炭的燃尽,一次燃烧区的过量空气系数应控制在0.85左右。无论是在氧化性气氛还是在还原性气氛下,当炉温超过1300℃,NO_x生成量将大幅度的增加,因此主燃区温度最好控制在1300℃以下。对锅炉的NO_x排放特性进行了热态试验研究。锅炉低负荷运行时,锅炉运行氧量过高,造成NO_x排放浓度过高。双磨投运方式下,三次风量较大,起到部分再燃作用,NO_x排放量相对其它磨煤机投运方式最小。运行氧量小于3%时,过量空气系数增加,NO_x生成量迅速增加;运行氧量大于3%时,过量空气系数增加,NO_x的增加趋缓。对于现有的燃烧器布置,给粉方式的变化对NO_x排放浓度影响不大。在保证一次风刚性,不出现煤粉沉积的前提下,低一次风速下NO_x的排放较低。对于现有的燃烧器,锅炉配风方式对NO_x排放的影响有限。根据试验结果,结合锅炉实际制定了两套低NO_x改造方案,并通过数值模拟对改造方案的燃烧和NO_x排放进行了预测。数值模拟结果显示,改造后锅炉燃烧状况较好,炉膛温度场连续均匀,锅炉燃烧完全,NO_x排放量大大降低,并且方案一的效果优于方案二。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-13
1 绪论  13-19
  1.1 引言  13-16
    1.1.1 我国的能源结构  13-14
    1.1.2 NO_x污染危害与现状  14-15
    1.1.3 本文工作背景  15-16
  1.2 本文研究的主要内容  16-19
    1.2.1 研究对象  16-17
    1.2.2 研究方法及主要内容  17-18
    1.2.3 研究意义  18-19
2 煤粉燃烧过程中NO_x生成与控制技术概述  19-30
  2.1 煤中氮的存在形式  19
  2.2 氮氧化物的生成机理  19-21
  2.3 热解过程中氮的析出形态  21-23
    2.3.1 煤粉热解过程中燃料N的析出  21-22
    2.3.2 氮在挥发分中的存在形态及影响因素  22-23
    2.3.3 氮在焦中的存在形态  23
  2.4 煤焦燃烧过程中NO_x生成量的影响因素  23-26
    2.4.1 煤焦特性的影响  23-24
    2.4.2 温度的影响  24
    2.4.3 氧浓度的影响  24
    2.4.4 初始NO_x浓度的影响  24-25
    2.4.5 焦炭的燃尽  25-26
    2.4.6 总结  26
  2.5 电站锅炉主要低NO_x控制技术  26-30
    2.5.1 低NO_x燃烧器  26-27
    2.5.2 SOFA空气分级燃烧技术  27-28
    2.5.3 煤粉再燃技术  28-29
    2.5.4 选择非催化还原(SNCR)烟气脱硝技术  29
    2.5.5 选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术  29-30
第三章煤种燃烧特性的热重试验研究  30-46
  3.1 引言  30-31
  3.2 试验方法与试验设备  31-34
    3.2.1 热重法  31
    3.2.2 试验热天平系统  31-33
    3.2.3 试验条件  33-34
  3.3 分析方法  34-38
    3.3.1 TG-DTG曲线特征点  34-36
    3.3.2 基于TG-DTG曲线的综合燃烧特性指数  36-37
    3.3.3 基于煤质分析的燃烧特性参数  37-38
  3.4 试验结果及分析  38-45
    3.4.1 煤种燃烧指数的确定  39-41
    3.4.2 升温速率对煤种燃烧特性的影响  41-44
    3.4.3 煤种的燃烧特性研究  44-45
  3.5 本章小结  45-46
4 煤种NO_x排放特性的沉降炉模拟  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 试验系统简介  46-49
    4.2.1 沉降炉试验系统  46-48
    4.2.2 烟气采集和分析系统  48-49
  4.3 试验煤种和试验工况  49-50
  4.4 试验方法  50
  4.5 试验结果及分析  50-55
    4.5.1 煤种炉内沿程燃烧特性分析  50-52
    4.5.2 不同过量空气系数下煤种NO_x排放特性分析  52-53
    4.5.3 不同温度下煤种NO_x的排放特性分析  53-55
  4.6 本章小结  55-56
5 锅炉改造前热态试验研究  56-67
  5.1 引言  56
  5.2 萧山电厂420t/h锅炉简介  56-59
  5.3 四角切圆锅炉变工况NO_x排放试验研究  59-65
    5.3.1 试验工况和试验结果  59-60
    5.3.2 不同工况对锅炉NO_x排放影响的比较分析  60-65
      5.3.2.1 不同负荷对NO_x排放的影响  60
      5.3.2.2 不同磨投运方式对NO_x排放的影响  60-62
      5.3.2.3 不同运行氧量对NO_x排放的影响  62
      5.3.2.4 不同给粉方式对NO_x排放的影响  62-63
      5.3.2.5 不同一次风速对NO_x排放的影响  63-64
      5.3.2.6 不同配风方式对NO_x排放的影响  64-65
  5.4 本章小结  65-67
6 锅炉改造设计方案及数值模拟  67-78
  6.1 锅炉初步改造设计方案确立  67-70
    6.1.1 技术目标  67-68
    6.1.2 低NO_x燃烧改造方案  68-70
  6.2 改造设计的工况模拟  70-77
    6.2.1 Fluent软件简介  70-71
    6.2.3 建模和网格划分  71-73
    6.2.3 计算方法与设置  73
    6.2.4 各工况的炉内温度场、组分浓度场分析  73-77
    6.2.5 各工况污染物NO_x的生成情况  77
  6.3 本章小结  77-78
7 总结和展望  78-81
  7.1 全文总结  78-79
  7.2 论文创新  79
  7.3 工作展望  79-81
参考文献  81-84
附录  84-85
作者简历  85

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