流化床流动和燃烧特性对SNCR脱硝的影响研究

3计算结果与讨论

3.1气固流动特性

图2展示了不同截面的固相浓度分布,其中两个纵截面分别经过两个旋风分离器的中心｡从图中可以看出,无论是在纵截面上,还是在横截面上,固相浓度分布都存在较大的差别,尤其是在纵截面,在床层底部存在典型的密相区,在床层上部存在明显的稀相区,这与文献中描述的规律一致｡

为进一步验证模型准确性,我们对模拟得到的平均物料浓度分布与文献中现场测试结果进行了定量比较｡图3展示了不同床高的平均物料浓度,该浓度值由床层压降和孔隙率等计算而得｡其中,文献中75t/h循环流化床锅炉床高21.56m,床层截面积18.2m2,空床风速5m/s,运行负荷78%;而本模拟所采用循环流化床锅炉床高21.4m床层截面积19.2m2,空床风速4.8m/s,运行负荷80%｡由图中可知,两种情况下的平均物料浓度最大偏差低于5%,这进一步证明了模拟的准确性｡

图4展示了在循环流化床炉膛内不同高度截面上,沿Y方向的平均固相浓度值分布,显示了颗粒分布呈现中心区域固体体积浓度低,近壁处固体体积浓度高的“环-核”流动,且随着炉膛高度增加,平均固体体积浓度逐渐降低,且截面的固体体积浓度的分布趋于均匀｡这与文献的研究规律相符｡

图5为循环流化床炉膛内不同高度截面上的轴向速度分布｡可以看出,颗粒在床中心向上流动,在近壁区向下流动,且近壁处颗粒向下速度值随着高度增加而减小｡这与文献的研究规律相符｡图4和图5都证实了循环流化床的“环-核”流动结构｡

3.2燃烧特性

图6分别展示了l/L=0.64截面的O2､NO和CH4的浓度分布云图,图7展示了沿炉膛高度方向不同水平截面的O2､CO2和NO的体积分数分布趋势图｡

从O2､CO2的浓度分布趋势图可以看出,炉膛底部区域氧气体积分数快速降低,而在上部区域氧气的体积分数缓慢降低｡底部O2的快速减少和CO2的快速增加,主要是由于底部存在高浓度的CO､CH4和焦炭使得燃烧反应比较剧烈,随着二次风的注入,O2体积分数上升,CO2被冲淡导致体积分数略有下降,后随着焦炭和挥发分的燃烧,O2体积分数缓慢下降,CO2体积分数缓慢上升｡

由图7知,NOx在底部区域大量生成,这是由于底部煤快速热解释放的大量的含氮化合物被氧化,使得NOx浓度快速上升,随着二次风的注入,NO被稀释致浓度下降,随着氧化反应的继续,NO体积分数缓慢上升｡

将模拟所得的部分值与该75t/h循环流化床锅炉电厂的实际运行数据进行了比较可知:在相似工况下,炉膛出口NOx的实测值为260mg/m3,而模拟结果NOx为246mg/m3,两者相差约5%;当过量空气系数为1.2时,该电厂实测的出口氧浓度为3.4%,计算的结果为3.2%,两者相差约5%｡以上分析表明,本次计算通过选择合适的模型,能够准确模拟炉内的燃烧特性,这为准确预测旋风分离器入口NOx通量分布提供了基础｡

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