电厂天然气锅炉富氧燃烧特性研究

【摘要】：我国火力发电厂主要以燃烧化石燃料为主,是最主要的温室气体排放源,在电厂锅炉中应用富氧燃烧技术可以有效减少温室气体的排放。近年来我国电厂天然气锅炉的数量有所增加,而目前针对电厂天然气锅炉的富氧燃烧特性方面的研究较少。本文选取某电厂325MW天然气锅炉为研究对象,应用试验和数值方法研究天然气的富氧燃烧特性。 对天然气在02/N2气氛下的富氧燃烧特性进行试验研究。结果表明当氧气浓度由21%上升至30%时,火焰整体温度升高,高温区分布更加集中,当氧气浓度大于27%时,温度上升趋势减缓。针对所选电厂天然气锅炉炉内燃烧过程建立数学模型,并应用此数学模型对所搭建试验台进行模拟计算,验证所建数学模型的准确性。 对传统燃烧方式下和应用富氧燃烧技术(O2/CO2燃烧技术)时电厂天然气锅炉内的燃烧特性进行数值模拟研究。结果表明当氧气浓度为25%时,炉膛内的温度分布和烟气辐射特性与传统燃烧方式下最接近。当氧气浓度由21%上升到40%时,炉膛出口烟气速度降低41%,炉膛内烟气温度得到较大幅度的提高,燃烧器所在截面温度上升300K以上,火焰充满度变差,燃料燃尽率小幅减小,烟气辐射力增强,炉膛壁面辐射热负荷增加26%。 对富氧燃烧方式下电厂天然气锅炉配风方式对炉内燃烧特性的影响进行数值模拟研究。结果表明,采用氧气均匀送入的送风方式与采用氧气由二次风和分级风送入的送风方式相比,炉膛内烟气温度略高,02体积分数的分布梯度大,辐射换热量减小1%。一次风率由15%减小到10%时,烟气回流作用增强,炉膛内温度增大40K以上,火焰充满度较好,壁面所受辐射热负荷均匀性提高。二次风率由59%减小到54%时,烟气回流区域增大,烟气回流速度减小13%以上,燃烧器所在截面平均温度小幅下降,壁面辐射换热量提高1%。对比各工况得知,采用氧气均匀送入,一二次风比例为10%和54%时炉膛内的燃烧情况较好,在理想条件下与传统燃烧方式相比,仅从排烟热损失一项考虑,可使锅炉效率提高约4.8%。 本文的研究结果可以为电厂天然气锅炉应用富氧燃烧技术时锅炉结构的改进、配风方式的设计提供重要依据和参考。 【关键词】：电厂锅炉 燃烧 天然气 富氧 数值模拟
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK229.8
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 电厂富氧燃烧技术简介及研究现状13-17
• 1.2.1 富氧燃烧技术简介13-14
• 1.2.2 国外富氧燃烧技术的研究现状14-16
• 1.2.3 国内富氧燃烧技术的研究现状16-17
• 1.3 电厂锅炉燃烧数值模拟技术研究现状17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 2 天然气富氧燃烧特性实验20-30
• 2.1 U型管天然气富氧燃烧系统设计20-24
• 2.1.1 实验系统简介20-22
• 2.1.2 实验数据的采集22-24
• 2.2 实验方案设计24-26
• 2.2.1 实验工况划分24-25
• 2.2.3 实验方法25-26
• 2.3 实验现象及分析26-28
• 2.3.1 实验现象26-27
• 2.3.2 试验结果分析27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 天然气锅炉炉内燃烧过程数值计算模型30-50
• 3.1 锅炉概况30-32
• 3.1.1 锅炉整体特性30-31
• 3.1.2 燃烧系统31-32
• 3.2 数学模型的建立32-41
• 3.2.1 基本守恒方程32-35
• 3.2.2 湍流流动模型35-38
• 3.2.3 湍流燃烧模型38-40
• 3.2.4 辐射换热模型40-41
• 3.3 数学模型的验证41-43
• 3.3.1 模型简化及网格划分41
• 3.3.2 数值计算结果与实验结果对比41-43
• 3.4 物理模型的建立43-44
• 3.4.1 模型的简化43-44
• 3.4.2 网格划分44
• 3.5 模拟工况及相关参数44-48
• 3.5.1 模拟工况的划分45-46
• 3.5.2 边界条件的设置46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 4 氧气浓度对天然气锅炉炉内燃烧特性的影响50-74
• 4.1 传统燃烧方式下的燃烧特性分析50-58
• 4.1.1 速度分布特征50-52
• 4.1.2 温度分布特征52-55
• 4.1.3 组分分布特征55-57
• 4.1.4 烟气辐射特性57-58
• 4.2 富氧燃烧方式下的燃烧特性分析58-73
• 4.2.1 氧气浓度对速度场的影响58-62
• 4.2.2 氧气浓度对温度场的影响62-65
• 4.2.3 氧气浓度对组分分布的影响65-69
• 4.2.4 氧气浓度对烟气辐射特性的影响69-73
• 4.3 本章小结73-74
• 5 配风方式对天然气锅炉炉内富氧燃烧特性的影响74-92
• 5.1 配风方式对速度场的影响74-77
• 5.1.1 氧气送入方式对速度场的影响74-76
• 5.1.2 风量配比对速度场的影响76-77
• 5.2 配风方式对温度场的影响77-81
• 5.2.1 氧气送入方式对温度场的影响77-79
• 5.2.2 风量配比对温度场的影响79-81
• 5.3 配风方式对组分场的影响81-84
• 5.3.1 氧气送入方式对组分场的影响82-84
• 5.3.2 风量配比对组分场的影响84
• 5.4 配风方式对炉膛辐射热负荷分布的影响84-88
• 5.4.1 氧气送入方式对炉膛辐射热负荷分布的影响84-86
• 5.4.2 风量配比对炉膛辐射热负荷分布的影响86-88
• 5.5 应用富氧燃烧技术对锅炉效率的影响88-90
• 5.6 本章小结90-92
• 6 结论92-94
• 6.1 全文总结92
• 6.2 工作展望92-94
• 参考文献94-96
• 作者简历96-100
• 学位论文数据集100

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