论文摘要
随着我国电力事业的高速发展,污染物排放的问题越来越严重,随着“节能减排”目标的提出,降低污染物排放更将成为未来具有挑战性的一项任务。NOx是化石燃料燃烧过程中排放的主要污染物之一,对环境造成严重危害,其形成与排放的控制愈来愈得到重视。当前,电站锅炉的旋流燃烧器的低NOx燃烧仍然是国内外电厂面临的重大挑战,因此,研究和开发具有良好低NOx燃烧性能的新型旋流燃烧器已经迫在眉睫。首先,本文介绍了国内外市场上主要旋流燃烧器的研制和发展情况,总结了目前主流低NOx旋流燃烧器的主要特点;概述了电站锅炉中三种NOx的生成机理和主要的低NOx燃烧技术,分析了影响旋流燃烧器低NOx燃烧性能的各种因素,提出了适合于低NOx燃烧的空气动力场,为理论分析提供了依据。其次,本文在吸收和整合多种燃烧器优点的基础上,介绍了自行设计的新型的低NOx旋流燃烧器,并进行了详细的冷态模拟实验。实验通过分别改变中心风扩口角度、中心风扩口边界、一次风率、一次风速、直流风速、二次风旋流强度,从轴向速度、回流区边界和射流边界等方面出发,研究各参数对于燃烧器空气动力场的影响,进而分析对于降低NOx排放的贡献。最后,本文在冷态实验的基础上进行了数值模拟:建立了新型旋流燃烧器的二维物理模型,采用κ-ε的双方程模型模拟了该燃烧器的出口空气动力场的分布。在较高的精度下,详细分析了回流区面积、回流量、湍流强度等不便分析的燃烧器参数对于低NOx的影响;模拟结果与主流径向浓淡旋流燃烧器进行了对比,阐明了本旋流燃烧器的优势;对中心风管扩口曲形边界进行了三维数值模拟,研究了各种形状对于低NOx燃烧的影响。
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致谢摘要ABSTRACT1 绪论1.1 研究背景1.2 旋流燃烧器技术1.3 国内外旋流燃烧器发展现状1.3.1 美国加拿大B&W公司DRB型燃烧器1.3.2 ABT双调风燃烧器1.3.3 WS和DS型燃烧器（德国）1.3.4 径向浓淡旋流燃烧器（中国）1.3.5 可控浓淡分离煤粉燃烧器1.3.6 中心给粉旋流煤粉燃烧器1.4 总结1.5 本研究的任务及意义1.6 本章小结2 低NOX燃烧技术及其应用2.1 概述2.2 NOx的生成机理2.2.1 热力型NOx2.2.2 燃料型NOx2.2.3 快速型NOx2.3 低NOx主要燃烧技术2.3.1 浓淡燃烧技术2.3.2 分级配风燃烧技术2.3.3 空气分级燃烧技术2.3.4 燃料分级燃烧技术2.3.5 低NOx燃烧器2.4 影响旋流燃烧器NOx生成的各种因素2.4.1 概述2.4.2 回流区的影响2.4.3 煤粉浓度的影响2.4.4 一、二次风的混合时机的影响2.4.5 燃尽风的影响2.5 本章小结3 冷态模拟实验3.1 共轴旋转射流的特性3.1.1 共轴射流3.1.2 回流区特性3.1.3 旋流强度3.2 模化设计3.2.1 模化原理3.2.2 模化试验参数计算3.3 实验设计3.3.1 概述3.3.2 新型低NOx燃烧器实验台简介3.3.3 实验工况及实现方法3.3.4 测点布置及测量方法3.4 本章小结4 冷态实验数据处理及分析4.1 概述4.2 燃烧器空气动力场特征4.2.1 轴向速度4.2.2 中心回流区边界4.2.3 射流边界4.3 本章小结5 新型旋流燃烧器冷态实验数值模拟5.1 FLUENT简介5.2 物理模型和数学模型5.2.1 物理模型5.2.2 数学模型5.3 计算的数值方法5.3.1 网格划分5.3.2 边界条件和收敛标准5.4 旋流燃烧器参数对空气动力过程的影响5.4.1 中心风管扩角的影响1、回流区2、轴向速度和射程3、回流量4、湍流动能5、小结5.4.2 直流风速的影响1、回流区半径和面积2、回流量3、轴向速度和射程4、湍流强度5、小结5.4.3 一次风的影响1) 一次风速1、回流区2、轴向速度3、回流量4、湍流强度5、小结2) 一次风率1、回流区形状和面积2、回流量3、轴向速度4、小结5.4.4 旋流强度的影响1、回流区2、回流量3、轴向速度4、湍流强度5、小结5.5 与主流旋流燃烧器的对比5.5.1 空气动力场5.5.2 一、二次风混合5.6 本章小结6 中心风管扩口边界形状对回流区的影响6.1 概述6.2 数值计算方法6.2.1 模型介绍6.2.2 网格划分和参数设置6.3 计算结果分析6.3.1 回流区6.3.2 轴向速度6.3.3 径向速度6.4 总结6.5 本章小结7 全文总结及展望7.1 全文总结7.1.1 中心风管扩口的影响1、中心风管扩口扩角2、中心风管扩口边界形状7.1.2 一次风的影响1、一次风率2、一次风速7.1.3 直流风速的影响7.1.4 旋流强度的影响7.2 下一步工作展望参考文献作者简历
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