低氮燃烧器不同煤粉浓淡比脱硝效果和燃烧特性数值模拟

整个锅炉模型有三个主要的边界条件,燃烧器喷口设置为速度入口(Velocity-inlet)边界条件,湍流变量由湍流强度I和水力直径DH定义[8]。炉膛出口处设置为压力出口(Pressure-outlet)边界条件,炉墙则采用无滑移壁面(StationaryWall)边界条件。气相湍流流动模型选用标准k-ε双方程模型,壁面处理采用标准壁面函数法。

炉膛辐射模型采用P-1模型。气相湍流燃烧模型采用混合分数-概率密度函数(PDF)模型。煤粉颗粒粒径分布满足Rosin-Rammler分布。挥发分析出采用单步反应模型,焦炭燃烧采用动力学/扩散控制反应速率模型[9]。压力-速度耦合采用SIMPLE算法,区域离散化采用一阶迎风格式[10]。采用压力基求解器、隐式格式进行求解。

2计算结果及数据分析

2.1炉膛内部NOx分布

图4和图5分别为方案一和方案二67%负荷下炉膛垂直中截面上NOx质量分数分布的等值线图。

可以看出,随着煤粉浓淡比的增大,燃烧器区域NOx质量分数的高浓度区域越来越小,这说明随着煤粉浓淡比的增大,风煤比偏离理论化学当量比的程度增大,有利于形成较为浓厚的还原性气氛,抑制了NOx的氧化过程,故而燃烧器区域的NOx生成量越来越少。

2.2炉膛出口NOx排放浓度

表1列出了方案一和方案二不同浓淡比下炉膛出口截面的NOx排放浓度。由表中数据可以看出,随着煤粉浓淡比的增大,炉膛出口的NOx排放浓度逐渐降低,而这也验证了由图4和图5所得出的结论。

另外,通过对比同负荷下方案一和方案二的NOx排放浓度数值可以发现,方案二的脱硝效果要优于方案一,这是因为方案二的所有一次风口全部改造成水平浓淡燃烧器,而方案一只有中间两层一次风口改造成水平浓淡燃烧器。在浓淡分离程度上,方案二要优于方案一,因此可以形成更加浓厚的还原性气氛,能更好地抑制NOx的生成。

表1炉膛出口截面NOx浓度mg˙m-3

图6为方案一和方案二不同负荷水平下炉膛出口NOx排放浓度的曲线图。由图6可以直观地看出,随着煤粉浓淡比的增大,炉膛出口NOx排放浓度逐渐降低,但是随着煤粉浓淡比的进一步增大(>6),炉膛出口NOx排放浓度降低的趋势趋于平缓。

这说明当煤粉浓淡比小于等于6时,脱硝效率比较高;当煤粉浓淡比大于6时,脱硝效率逐渐降低,主要表现在炉膛出口NOx排放浓度不再降低或降低很少,因此不建议煤粉浓淡比大于6,因为在NOx排放浓度降低极为有限的同时,过大的煤粉浓淡比会加重一次风风道磨损,极大地降低了锅炉运行的安全性。

图6炉膛出口NOx排放浓度曲线图

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