热风送粉改为乏气送粉系统的方法和关键设备的研究

论文摘要

电站锅炉燃煤过程中生成的氮氧化物(NOx)对环境污染严重。我国现有热电厂及燃用贫煤和无烟煤的电厂广泛采用中储式热风送粉系统,热风送粉系统容易导致炉膛主燃区温度过高等现象,不利于对NOx的控制,因此提出采用引射原理设计热风乏气引射器思想,制定变热风送粉系统为乏气送粉系统的改造方案,从而达到降低电站锅炉NOx排放的目的。本文主要围绕乏气热风引射器的设计及优化展开,确定能综合应用于不同工况下的引射器结构。本文首先对改造前后的制粉系统进行校核及计算,确定不同磨煤机组合时,乏气量对一次风组成及送粉系统阻力的影响。计算结果表明,当改造后采用最常见的双磨组合时,乏气热风的质量比为1.216。将此质量比作为引射器的引射比,利用一维引射器的设计原理,确定了热风乏气引射器的结构参数。利用CFD平台(FLUENT 6.20)对乏气热风引射器的结构进行优化,确定工作喷管的直径和位置对乏气热风引射器性能的影响。模拟结果表明,当采用工作喷管直径(dp1)为190mm的引射器时,由乏气送粉所导致的系统阻力变化不大。工作喷管位置是引射器的关键设计参数之一,通过数值模拟计算,结合本文的设计结构,对喷管位置进行优化。结果表明:当工作喷管出口截面到混合室入口的距离(lc)≤950mm时,工作喷管的横向偏移距离(d)=0;随着lc的逐渐增加,d也逐渐增加;而当lc> 1200mm时,不存在满足要求的偏移距离。另外,lc的对乏气及热风的阻力影响不大,可以忽略不计。根据模拟确定的最佳工作喷管直径,选用1:4.06的模化比,搭建了单相乏气热风引射器试验台,重点研究工作喷管位置对乏气射流偏转的影响,解决了一次风管道的冲刷磨损问题。试验结果表明:模拟结果与试验结果吻合较好,充分验证了乏气热风引射器结构的合理性,同时表明模型选取的正确性,为乏气送粉引射器的关键设计参数的确定提供模拟依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• x 污染排放的状况'>1.1.1 我国的NO_x污染排放的状况
• x 污染排放的治理对策'>1.1.2 NO_x污染排放的治理对策
• x 燃烧技术现状'>1.1.3 低NO_x燃烧技术现状
• 1.2 选题意义
• 1.3 课题研究的目的和内容
• 第2章 制粉系统热力计算及其分析
• 2.1 制粉系统热力计算的目的
• 2.2 锅炉主要参数、燃煤特性及系统简介
• 2.2.1 锅炉主要设计参数
• 2.2.2 燃煤特性
• 2.2.3 系统简介
• 2.3 制粉系统热力计算的基本方程和方法
• 2.3.1 磨煤机性能参数计算
• 2.3.2 制粉系统热力计算
• 2.3.3 制粉系统空气动力学计算
• 2.3.4 原系统计算结果统计
• 2.4 制粉系统改造的热力计算
• 2.4.1 热风与乏气混合质量比的确定
• 2.4.2 改造后制粉系统空气动力学的计算
• 2.5 制粉系统改造方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 乏气热风引射器的初步设计
• 3.1 引射器工作原理和特点
• 3.2 乏气热风引射器的特殊性
• 3.2.1 结构特殊
• 3.2.2 参数特殊
• 3.3 引射器设计的基本方程及其计算方法
• 3.4 工作流体与引射流体基本参数的确定
• 3.5 确定引射比和压缩压力
• 3.6 引射器工作喷嘴及主要几何尺寸的确定
• 3.7 本章小结
• 第4章 乏气热风引射器数值模拟研究及结构优化
• 4.1 物理模型的确定
• 4.2 数学模型的建立
• 4.2.1 气固两相流模型
• 4.2.2 计算域及网格划分
• 4.2.3 物性参数的确定
• 4.2.4 边界条件的确定
• 4.3 工作喷管直径对引射器性能的影响
• 4.4 工作喷管出口至混合室入口距离对引射器性能的影响
• 4.4.1 轴向距离变化对压力的影响
• 4.4.2 轴向距离变化对流量分配的影响
• 4.4.3 轴向距离变化对流场分布的影响
• 4.4.4 变化水平距离的数值模拟结果
• 4.5 本章小节
• 第5章 冷态试验系统及其结果分析
• 5.1 试验模化理论及其过程
• 5.1.1 冷态模化
• 5.1.2 本试验的模化过程
• 5.2 模化计算
• 5.2.1 原型参数
• 5.2.2 计算动量和动量比
• 5.2.3 模化计算及其结果
• 5.3 试验系统简介
• 5.4 试验内容
• 5.4.1 风量标定
• 5.4.2 试验工况安排
• 5.4.3 压力试验
• 5.4.4 示踪试验
• 5.4.5 热线试验
• 5.5 试验结果及其分析
• 5.5.1 压力试验结果
• 5.5.2 示踪试验结果
• 5.5.3 热线试验结果
• 5.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢