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钢铁企业是能源与资源消耗大户,也是环境污染大户,钢铁生产过程中产生的副产煤气也随着钢铁产能的增加大幅增长,这些副产品煤气都是良好的二次能源。实践证明,利用煤气发电可大大优化企业的能源结构,降低生产成本和污染物排放,缓解用电紧张局面,取得节能、减排、增电等多重功效,为企业创造良好的经济效益和社会效益。 本文以首钢京唐自备电厂300MW燃烧煤粉与煤气混合燃料锅炉为研究对象,利用数值模拟和实验的方法研究炉内燃烧和NOx排放过程,探寻合理的炉内燃烧方式。 首先,建立水平浓淡燃烧器的二维模型,利用CFD软件,对水平浓淡燃烧器内气固两相流动进行研究。 其次,建立炉膛的三维结构框架,划分网格,设置边界条件,对不同工况模拟下炉膛温度和NOx排放进行模拟,通过数据分析,考查NOx在炉中的生成规律。 最后,对300MW燃煤燃气锅炉#1机组进行实验,探讨配风方式、制粉系统组合方式、氧量、高炉煤气流量和负荷五个方面对NOx浓度和飞灰含碳量的影响进行实验。 计算和实验结果表明: (1)水平浓淡燃烧器将煤粉流分为明显的浓淡两相,浓缩比达到90%。 (2)二次风采用“束腰型”配风,能够形成燃料的分级燃烧,在主燃区和燃尽区之间形成一个再燃区,还原NOx并抑制新的NOx形成。 (3)随氧量的降低,NOx浓度也随之降低,但是飞灰含碳量却反而增加。 (4)制粉系统的不同组合方式,会影响煤粉燃尽和NOx的排放,为了抑制NOx排放,降低飞灰含碳量应尽量降低火焰中心,使用低层制粉系统 (5)掺烧高炉煤气后NOx浓度下降,但煤粉停炉时间缩短,导致煤粉燃尽困难。 (6)锅炉负荷降低的过程中,当炉膛内含氧量和火焰附近氧量变化不大时,NOx的浓度会随着炉膛温度和机组负荷的降低而降低。