拱上OFA对W火焰炉燃烧与NOx生成特性影响数值模拟分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要W火焰锅炉由于其下炉膛温度高、煤粉行程长等优点成为燃用难燃煤的很好的炉型，我国难燃煤占动力用煤的2/5以上，因此W火焰锅炉在我国得到了很大的应用和发展。但W火焰锅炉运行中的一个主要问题是氮氧化物（NOx）排放量高，拱上布置燃尽风（OFA）技术能够有效的降低炉内NOx生成量。本文以某电厂一台660MW福斯特惠勒（FW）型W火焰锅炉为对象，进行了拱上布置OFA炉内燃烧及NOx生成特性的数值模拟研究，得如下研究结果。在总风量保持不变的条件下，当OFA风率从0%增加到25%时，拱上煤粉

2、气流下冲深度没有太大变化，但OFA气流的穿透深度不断增加，与上行烟气的混合程度加强；同时随着OFA风率增加，下炉膛中心高温区有一定程度的上移，下炉膛煤粉燃尽率变小，炉膛出口飞灰可燃物含量从4.23%增加到6.79%，增33加了2.56%，而出口NOx排放量则从1559mg/m减少到1051mg/m，降低幅度为32.6%。综合考虑OFA风率对炉内流动和燃烧的影响以及对NOx排放量和锅炉运行经济性的影响规律，较佳的OFA风率可取为20%。在OFA风率保持不变的条件下，OFA下倾角度的变化主要对炉拱区域及上炉膛的流动

3、和燃烧产生影响。增加OFA下倾角度能够降低OFA气流与上行烟气的混合点，增加混合气流中煤粉颗粒的燃尽距离，但是OFA下倾角度过大时OFA气流水平冲量降低，与上行烟气混合减弱，同时会使得OFA气流中的部分空气被卷入拱下回流区，降低了下炉膛的还原性气氛。当OFA角度从15°增加到30°时，上炉膛区域平均烟气温度先升高后降低，在20°时平均烟气温度水平达到最高，而平均氧气浓度先降低后升高，在20°时最小。炉膛出口飞灰可燃物含量以及NOx排放量先降低后升高，OFA下倾角度为25°时炉膛出口NOx排放量最低，但炉膛出口飞

4、灰可燃物含量在20°时最低，当OFA下倾3角度从20°增加到25°时，NOx排放量只降低了29mg/m，而飞灰可燃物含量增加了0.22%。综合考虑OFA下倾角度对炉内燃烧以及炉膛出口的NOx排放量和飞灰可燃物含量的影响，较佳的OFA下倾角度可取为20°。关键词：W火焰锅炉；燃尽风；氮氧化物；飞灰可燃物含量；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheDown-firedboilerisanidealboilerforhard-to-burncoalcombustionbecauseofth

5、ehightemperatureandlongtraveldistanceinthefurnace.Inchina,anthraciteandleancoalaccountformorethan40%ofthepowercoal.Thus,thedown-firedboilerhasbeenwidelyappliedanddeveloped.However,practicaldown-firedboileroperationsstillsufferfromtheproblemofhighNOxemissions

6、.Thearch-arrangedOFAproposedinthispapercandecreaseNOxemissionsandkeephighcoalburnoutrate.NumericalsimulationofcombustioncharacteristicsandNOxemissionsfora660MWeFWdown-firedboilerwiththenewOFAarrangementwasconductedontheFLUENTsoftware.Bycomparingandanalyzingt

7、heresults,theoptimalOFAratioandanglewasdetermined.Withthefixedairamount,astheOFAratioincreasesfrom0%to25%,thepenetrationdepthofthearch-injectedfuel-richflowchangeslittlewhilethatoftheOFAflowincreases,whichisfavorableforthemixoftheOFAandtheupflowinggas.Beside

8、s,thehightemperaturezoneinthefurnacecentermovesupward,deterioratingthecombustionofcoalparticlesinthelowerfurnace.Thecarboncontentinflyashincreasesfrom4.23%to6.79%.However,theNOxemissionsin33thef