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

北极星环保网讯:针对某电厂锅炉氮氧化物排放量超标的问题,利用前处理软件Gambit建立炉膛模型,设置相应的边界条件,利用Fluent软件对炉内NOx生成进行了数值计算,研究了煤粉浓淡比对脱硝效果和燃烧特性的影响。结果表明:随着煤粉浓淡比的增大,NOx排放浓度逐渐降低,并且趋于平缓,而飞灰含碳量则随着煤粉浓淡比的增大呈线性增大,建议合理的煤粉浓淡比为6。

关键词:氮氧化物;低氮燃烧器;煤粉浓淡比;飞灰含碳量

由燃煤电厂所排放的氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一,对环境造成严重的污染。水平浓淡燃烧技术是有效脱除NOx的燃烧技术之一,广泛应用于火电厂脱硝改造项目中。

付忠广等[1]人模拟了新型水平浓淡燃烧器非化学当量比燃烧,得出了可以降低热力型NOx的结论。毕明树等[2]人对一台410t/h的四角切圆煤粉炉水平浓淡燃烧炉内NOx的生成及分布进行了数值模拟,推荐煤粉气流浓淡比为5左右;当与空气分级联用时,推荐浓淡比为3到5之间。

周秋月等[3]人认为随着浓淡比的增加,NOx的生成量逐渐减少,并趋于缓慢。DaisukeShimokuri等[4]人研究了预热和非预热条件下,氧浓度和化学当量比对燃料型NOx排放量的影响。结果表明,在非预热条件下燃料型NOx浓度极大地依赖于氧浓度和当量比,但是在预热条件下氧浓度对NOx浓度的影响可忽略不计。

本文借助CFD数值模拟软件FLUENT6.3,对一台670t/h锅炉在不同负荷、不同浓淡比下,两种不同的改造方式炉内燃烧过程以及NOx分布和排放量进行了数值模拟计算,得出了煤粉浓淡比对炉膛出口NOx排放浓度及飞灰含碳量的影响规律。

1研究对象及计算方法

1.1研究对象

本文研究对象为HG-670/13.7-WM15燃煤锅炉,露天、“倒U”型布置方式,单汽包、单炉膛,采用直流燃烧器,四角切圆布置方式,该燃烧器共有四层一次风喷口,一种低氮改造方式是将中间两层一次风喷口由原来的低阻力直流式燃烧器改造成水平浓淡燃烧器(方案一);另一种则是将四层一次风喷口全部改造成水平浓淡燃烧器(方案二)。

炉膛结构和燃烧器结构如图1所示。本文研究了三种不同负荷水平:67%MCR、83%MCR和100%MCR,以及12个煤粉气流浓淡比(2~13)。

1.2网格划分及计算方法

取冷灰斗至炉膛出口为计算区域。在燃烧器喷口附近,由于速度、温度以及压力等参数梯度变化极为剧烈,对燃烧器区域进行局部加密,因此采用分区划到网格的方式对炉膛进行网格划分,由下到上将计算区域分为五部分:冷灰斗区域、燃烧器区域、炉膛中部区域、折焰角区域以及炉膛顶部区域。

独立对各区域进行网格划分,区域之间采用Interior和In-terface进行连接。为了减小由于离散化引起的伪扩散现象[5-7]对结果的影响,燃烧器区域体网格采用六面体(Hex)网格、Cooper方法绘制而成。炉膛纵截面和燃烧器横截面网格划分情况如图2和图3所示,整个炉膛网格数约为120万。

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