中心給粉旋流燃燒器熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)研究.pdf

1、NOx是一種危害人體健康和大氣環(huán)境的有毒污染物。電站鍋爐的NOx排放量占各種燃燒裝置NOx排放量總和的50％以上,而且80%左右是由煤粉鍋爐排放的。根據(jù)我國(guó)火電廠未來增容的預(yù)測(cè)和燃煤增量的預(yù)計(jì),“十二五”期間火電廠NOx排放量將由2010年的1050萬噸增加到1200萬噸左右,這將給我國(guó)大氣環(huán)境帶來巨大的危害。為了減輕環(huán)境壓力,我國(guó)對(duì)燃煤電站鍋爐NOx的允許排放量制定了嚴(yán)格的排放限制,但是,目前我國(guó)絕大多數(shù)電站鍋爐的NOx排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過

2、國(guó)家規(guī)定的排放限制,因此,開發(fā)低NOx燃燒技術(shù)降低火電廠NOx的排放是當(dāng)前電力行業(yè)的重要課題。
　　中心給粉旋流煤粉燃燒器是一種新型的高效、低NOx排放的燃燒技術(shù),本文采用實(shí)驗(yàn)室單相試驗(yàn)、兩相試驗(yàn)、熱態(tài)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對(duì)中心給粉旋流燃燒器的冷態(tài)流場(chǎng)、煤粉火焰形態(tài)特征、煤粉燃燒特性以及NOx排放特性進(jìn)行了較為深入的研究。
　　在單相實(shí)驗(yàn)中,采用IFA300恒溫式熱線風(fēng)速儀對(duì)中心給粉旋流燃燒器出口區(qū)域冷態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量,研究

3、了燃燒器在不同運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)下的單相冷態(tài)射流流動(dòng)特性及湍流特性。在氣固兩相試驗(yàn)中,利用三維相位多普勒測(cè)速儀(PDA)對(duì)中心給粉旋流燃燒器的氣固兩相流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量,研究了燃燒器在不同一次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度、外二次風(fēng)葉片角度下的氣固兩相冷態(tài)射流流場(chǎng)中的平均速度、顆粒的體積流量和顆粒粒徑分布特性。通過對(duì)燃燒器單相流場(chǎng)和氣固兩相流場(chǎng)的研究,得到了較佳的一次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度和外二次風(fēng)葉片角度,對(duì)熱態(tài)實(shí)驗(yàn)用

4、的中心給粉旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　中心給粉旋流燃燒器在電廠的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)過程中受到電站鍋爐運(yùn)行的限制,可變的參數(shù)很少,參數(shù)的變化范圍也很窄,很多有價(jià)值的熱態(tài)試驗(yàn)都無法進(jìn)行,并且測(cè)點(diǎn)布置也受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的極大限制,只能通過燃燒器看火孔或者側(cè)墻看火孔對(duì)燃燒器某一點(diǎn)的軸向方向或者徑向方向的燃燒情況進(jìn)行測(cè)量,不能全面細(xì)致的測(cè)量煤粉火焰的內(nèi)部的燃燒情況,因此,為了對(duì)中心給粉旋流燃燒器在不同熱態(tài)試驗(yàn)條件下的燃燒情況和NOx排

5、放特性進(jìn)行全面而細(xì)致的研究,本文建立了中式規(guī)模的中心給粉旋流燃燒器熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái),并在試驗(yàn)臺(tái)上研究了煤粉濃縮率、供風(fēng)溫度、過量空氣系數(shù)以及軸向空氣分級(jí)燃燒對(duì)中心給粉旋流燃燒器煤粉氣流的著火、煤粉火焰形態(tài)特征、火焰溫度、煙氣成分、顆粒燃盡以及NOx排放特性的影響規(guī)律。在試驗(yàn)中,為了對(duì)中心給粉旋流燃燒器火焰區(qū)域的燃燒情況進(jìn)行詳細(xì)而全面的測(cè)量,在燃燒器噴口附近的火焰區(qū)域布置了測(cè)點(diǎn)網(wǎng)格,并且對(duì)燃燒器中心線區(qū)域的測(cè)點(diǎn)網(wǎng)格進(jìn)行了加密。為了對(duì)中心給粉旋流

6、燃燒器的爐膛內(nèi)部整體燃燒情況進(jìn)行全面研究,沿爐膛中心線還布置測(cè)點(diǎn)。
　　熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明,提高中心給粉旋流燃燒器煤粉濃縮率對(duì)于降低NOx的生成有明顯的作用,隨著煤粉濃縮率從1增加到5,煤粉火焰亮度減弱,火焰擴(kuò)散范圍減小,火焰長(zhǎng)度增加,火焰的溫度峰值降低,火焰區(qū)域的NOx濃度降低,C的燃盡率下降,在尾部爐膛出口煙氣中的NOx的濃度從1182mg/m3@6%O2,降低到861mg/m3@6%O2,下降了27.15%;提高供風(fēng)溫度有利于

7、提高中心給粉旋流燃燒器的煤粉顆粒的燃盡率,但是,會(huì)增加NOx的排放量;提高過量空氣系數(shù),有利于中心給粉旋流燃燒器煤粉的前期著火,但是,也會(huì)增加NOx的排放量。
　　在軸向空氣分級(jí)燃燒情況下,降低主燃區(qū)過量空氣系數(shù)有利于降低中心給粉旋流煤粉燃燒器的NOx的排放量,但是,燃燒器煤粉火焰的穩(wěn)定性會(huì)減弱,也不利于煤粉的最后燃盡,隨著主燃區(qū)過量空氣系數(shù)從0.95降低到0.75,爐膛出口煙氣中的NOx濃度從346mg/m3@6%O2降低到18

8、9mg/m3@6%O2,C的燃盡率從99%降低到97%;增加供風(fēng)溫度有利于降低NOx排放,也有利于煤粉的前期穩(wěn)定著火燃燒和煤粉的最后燃盡,隨著供風(fēng)溫度從197℃增加到395℃,煤粉火焰的亮度增加,火焰穩(wěn)定性增強(qiáng),爐膛出口煙氣中的NOx濃度從291mg/m3@6%O2降低到233mg/m3@6%O2,C的燃盡率增加了3.2個(gè)百分點(diǎn);增加煙氣在主燃區(qū)的停留時(shí)間有利于降低NOx排放,但是,不利于煤粉的最后燃盡。
　　最后,對(duì)中心給粉旋流

9、燃燒器爐內(nèi)燃燒特性及NOx排放特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明,隨著煤粉濃縮率的提高,燃燒器噴口區(qū)域的溫度降低,煙氣中的NO濃度降低;隨著供風(fēng)溫度的提高,燃燒器噴口區(qū)域的溫度升高速度加快,煙氣中的NO濃度增加;隨著過量空氣系數(shù)的增大,燃燒器噴口中心區(qū)域的溫度升高速度加快,煙氣中的NO濃度增加。
　　本文為中心給粉燃燒器在高煤粉濃縮率和軸向空氣分級(jí)燃燒情況下遇到的問題提出了解決的方案,為電站鍋爐使用的中心給粉燃燒器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和