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氮氧化物(NO_x)是燃煤电站排放的主要大气污染物之一,我国不同地区根据电站锅炉类型施行不同的NO_x排放标准。对某些非重点地区的在役火电机组而言,NO_x排放限值为200mg/Nm3。为了达到排放标准,通常将成本低廉、易于现有机组改造的空气分级低氮燃烧技术和SNCR脱硝技术联合应用。但是,由于没有考虑两种技术的相互影响,只是简单叠加,往往需要喷入大量脱硝还原剂才能达到NO_x排放标准,不仅造成还原剂消耗增加,而且导致氨排放超标和锅炉效率的额外损失。针对此问题,本文以一台670t/h四角切圆燃烧锅炉为对象,结合锅炉燃烧与脱硝的实际运行数据,进行锅炉空气分级燃烧与SNCR脱硝联合数值模拟研究,并提出优化策略。采用数值方法模拟锅炉空气分级燃烧过程,将模拟值与实际测量数据相比较验证模型可靠性,并对运行工况进行优化。模拟结果显示,锅炉BMCR负荷下炉膛出口 NO_x浓度值为296.9mg/Nm3,与实测值较为吻合,SNCR反应温度窗口所在区域适合布置脱硝系统,炉膛出口飞灰含碳量为3.24%,水平烟道两侧出现明显热偏差。对燃烧工况的数值优化结果表明,选定过量空气系数为1.18、SOFA反切角度为15°和SOFA风率为25%,能够在不大幅增加NO_x生成量和缩小SNCR反应温度窗口空间范围的前提下,提高锅炉系统煤粉燃尽率,减小水平烟道热偏差。以BMCR负荷燃烧计算结果为基础进行SNCR脱硝过程模拟,研究炉内烟气状态分布特征及其对气液混合和脱硝反应的影响,探索基于烟气参数对还原剂喷射特性的优化思路。研究发现,为保证还原剂在温度窗口内具有充足的反应时间,不同高度射流液滴的最佳平均粒径存在差异;受还原剂喷入区域烟气旋流的影响,还原剂随烟气向炉膛局部“富集”,导致NH3/NO分布不均匀。据此,提出喷枪雾化参数的优化策略:①对不同高度射流液滴的雾化粒径平均值进行差异优化,保证高温区射入液滴拥有较大的平均雾化粒径;②在固定氨氮摩尔比下,根据旋流特征调整不同区域喷枪的流量分配。模拟结果显示,氨氮摩尔比保持1.2时,相比锅炉基准工况,优化方案能够将脱硝效率从36.8%提高到42.1%,漏氨量降低49%,系统NO_x排放量为171.9mg/Nm3;此外,随着氨氮摩尔比的增大,优化方案体现出更好的脱硝效果,但是优化程度呈现出降低的趋势。