300MW高炉煤气煤粉混燃锅炉燃烧特性研究与数值模拟

【摘要】：高炉煤气是一种低热值的燃料,利用率低,有效利用将产生很大的经济效益。高炉煤气与煤粉混燃是一种有效的利用方式,但是存在易超温、难燃尽等问题。本文以300MW高炉煤气煤粉混燃锅炉为研究对象,利用FLUENT数值计算软件分别在100%负荷不同掺烧比下和相同掺烧比不同负荷下进行数值模拟；对纯燃煤和高炉煤气掺烧比为10%、20%、30%四种工况进行热力计算,研究高炉煤气与煤粉的混燃特性；并对锅炉机组进行经济性分析。由数值模拟的结果分析,掺烧高炉煤气后炉内温度水平有明显下降,且随着掺烧量的增加而加剧,但下降的趋势变缓。掺烧高炉煤气后产生烟气量增多,炉膛出口烟速有明显增加,煤粉颗粒实际停留时间缩短,使得煤粉燃尽变得困难。同时,NO的生成量随高炉煤气掺烧量的增加而明显减少。由热力计算分析,高炉煤气掺烧比越大理论燃烧温度越低,高炉煤气掺烧比为30%的理论燃烧温度只有1635℃,这就限制了高炉煤气掺烧比。掺烧高炉煤气改变受热面的吸热特性,炉内的辐射吸热量减少,过热器和再热器的对流吸热量增大。炉膛出口烟温和各对流受热面的烟气温度随高炉煤气掺烧比的增大而升高,最终排烟温度升高,锅炉效率降低。高炉煤气煤粉混燃锅炉机组的发电成本随掺烧比的增大而降低。在不计入高炉煤气成本的情况下,掺烧比为10%、20%、30%工况的发电成本比纯燃煤分别减少0.0223元/kWh、0.0408元/kWh、0.0585元/kWh。 【关键词】：高炉煤气 混燃锅炉 掺烧比 热力计算 发电成本
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK229.91
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及其意义9-10
• 1.2 国内外研究动态10-11
• 1.3 课题研究内容11-13
• 第2章 数值模拟数学模型13-25
• 2.1 基本守恒方程13-14
• 2.2 湍流流动模型14-15
• 2.3 气固两相流模型15-17
• 2.4 煤粉颗粒燃烧模型17-21
• 2.4.1 挥发分热解模型17-18
• 2.4.2 挥发分燃烧模型18-20
• 2.4.3 焦炭燃烧模型20-21
• 2.5 辐射模型21-23
• 2.6 NO_x反应模型23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 高炉煤气/煤粉混燃锅炉数值模拟25-42
• 3.1 锅炉结构数据25-26
• 3.2 燃料特性分析26-27
• 3.3 网格划分27-29
• 3.4 数值模拟结果与分析29-41
• 3.4.1 模拟工况29-30
• 3.4.2 流场特性分析30-31
• 3.4.3 温度场分析31-34
• 3.4.4 烟气组分分析34-39
• 3.4.5 烟气流速及煤粉颗粒实际停留时间39-40
• 3.4.6 NO浓度场40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 混燃锅炉的热力计算42-58
• 4.1 锅炉概况说明42-44
• 4.1.1 锅炉容量及主要参数42
• 4.1.2 过热器再热器布置42-43
• 4.1.3 蒸汽流程43-44
• 4.2 烟气量和理论燃烧温度的计算44-47
• 4.2.1 理论烟气量的计算公式44-46
• 4.2.2 发热量和理论燃烧温度46-47
• 4.3 热力计算结果及分析47-53
• 4.3.1 换热方程47-48
• 4.3.2 锅炉各受热面吸热量的分析48-50
• 4.3.3 各受热面烟气温度和工质温度分析50-52
• 4.3.4 改造工况计算结果及分析52-53
• 4.4 管壁金属温度的计算53-57
• 4.4.1 管壁金属温度计算方法53-54
• 4.4.2 炉膛分段热力计算54-55
• 4.4.3 高温受热面管壁金属温度计算结果55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 混燃锅炉经济性分析58-62
• 5.1 厂用电率的计算58-59
• 5.2 煤耗与燃料成本计算59
• 5.3 发电成本计算59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 主要研究成果62-63
• 6.2 工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67-68
• 致谢68

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