论文部分内容阅读
以NO_x排放低于30 mg/Nm3为目标,基于外部烟气再循环的技术路线,本文设计开发了一种燃料分级低氮燃烧器,通过1.4 MW中试规模的天然气锅炉的燃烧试验和CFD模拟相结合的方法,研究了燃料分级、化学当量比、烟气再循环率等参数对NO_x排放以及燃烧稳定性的影响规律,并以NO_x排放为控制目标,构建了燃烧器模化放大准则以及设计方法,在7MW与10.5MW天然气锅炉进行了工程示范应用研究。1.4 MW天然气锅炉的中试燃烧实验表明燃料分级和烟气再循环是降低NO_x排放主要途径。随着二次燃料增加,NO_x先增加后减少,在二次燃料比例为50%时存在峰值135 mg/Nm3;过量空气系数与燃料分级对NO_x排放具有协同作用;烟气再循环主要抑制热力型NO_x的生成,温度的影响大于氧分压的影响,同时对快速型NO_x生成存在一定抑制作用;烟气再循环率对NO_x的减排呈以10%为分界线的两段线性效果,烟气再循环率为10%时,对NO_x的减排可达60-65%;在燃烧稳定性方面,本文将一次燃料的旋流燃烧作为稳燃技术,研究表明燃烧稳定性受烟气再循环率、燃料分级的影响,分别存在着一、二次火焰区域由于烟气再循环引起氧分压降低的富燃着火极限,该影响与NO_x的排放构成了扇形稳燃区域。本文利用悉尼大学标准旋流燃烧器的实验研究结果构建了CFD燃烧计算模型,并与1.4 MW天然气锅炉的中试燃烧实验结果进行验证,结果表明realizable k-epsilon湍流模型、EDC燃烧模型、JL-2甲烷反应机理、NO_x生成5步反应模型能够满足燃烧器工程设计要求。CFD模拟结果进一步揭示了烟气再循环、燃料分级对炉膛内的速度场、温度场、火焰面指数、NO生成速率的影响规律。有别于以往燃烧器单纯以功率作为放大模化准则,本文以火焰结构和NO_x排放控制目标,确定现有燃烧器模化放大准则,并通过CFD模拟对中试燃烧器进一步优化,并将1.4MW燃烧器模化放大至7MW与10.5MW,进行工程示范应用。工程示范结果表明,模化放大后的燃烧器能较好的保持原有燃烧器的燃烧特性,同时维持NO_x排放低于30 mg/Nm3。