電廠天然氣鍋爐富氧燃燒特性研究

【摘要】：我國火力發(fā)電廠主要以燃燒化石燃料為主,是最主要的溫室氣體排放源,在電廠鍋爐中應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)可以有效減少溫室氣體的排放。近年來我國電廠天然氣鍋爐的數(shù)量有所增加,而目前針對(duì)電廠天然氣鍋爐的富氧燃燒特性方面的研究較少。本文選取某電廠325MW天然氣鍋爐為研究對(duì)象,應(yīng)用試驗(yàn)和數(shù)值方法研究天然氣的富氧燃燒特性。 對(duì)天然氣在02/N2氣氛下的富氧燃燒特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明當(dāng)氧氣濃度由21%上升至30%時(shí),火焰整體溫度升高,高溫區(qū)分布更加集中,當(dāng)氧氣濃度大于27%時(shí),溫度上升趨勢(shì)減緩。針對(duì)所選電廠天然氣鍋爐爐內(nèi)燃燒過程建立數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用此數(shù)學(xué)模型對(duì)所搭建試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模擬計(jì)算,驗(yàn)證所建數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。 對(duì)傳統(tǒng)燃燒方式下和應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)(O2/CO2燃燒技術(shù))時(shí)電廠天然氣鍋爐內(nèi)的燃燒特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明當(dāng)氧氣濃度為25%時(shí),爐膛內(nèi)的溫度分布和煙氣輻射特性與傳統(tǒng)燃燒方式下最接近。當(dāng)氧氣濃度由21%上升到40%時(shí),爐膛出口煙氣速度降低41%,爐膛內(nèi)煙氣溫度得到較大幅度的提高,燃燒器所在截面溫度上升300K以上,火焰充滿度變差,燃料燃盡率小幅減小,煙氣輻射力增強(qiáng),爐膛壁面輻射熱負(fù)荷增加26%。 對(duì)富氧燃燒方式下電廠天然氣鍋爐配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)燃燒特性的影響進(jìn)行數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明,采用氧氣均勻送入的送風(fēng)方式與采用氧氣由二次風(fēng)和分級(jí)風(fēng)送入的送風(fēng)方式相比,爐膛內(nèi)煙氣溫度略高,02體積分?jǐn)?shù)的分布梯度大,輻射換熱量減小1%。一次風(fēng)率由15%減小到10%時(shí),煙氣回流作用增強(qiáng),爐膛內(nèi)溫度增大40K以上,火焰充滿度較好,壁面所受輻射熱負(fù)荷均勻性提高。二次風(fēng)率由59%減小到54%時(shí),煙氣回流區(qū)域增大,煙氣回流速度減小13%以上,燃燒器所在截面平均溫度小幅下降,壁面輻射換熱量提高1%。對(duì)比各工況得知,采用氧氣均勻送入,一二次風(fēng)比例為10%和54%時(shí)爐膛內(nèi)的燃燒情況較好,在理想條件下與傳統(tǒng)燃燒方式相比,僅從排煙熱損失一項(xiàng)考慮,可使鍋爐效率提高約4.8%。 本文的研究結(jié)果可以為電廠天然氣鍋爐應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)時(shí)鍋爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、配風(fēng)方式的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)和參考。 【關(guān)鍵詞】：電廠鍋爐 燃燒 天然氣 富氧 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TK229.8
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 電廠富氧燃燒技術(shù)簡介及研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 富氧燃燒技術(shù)簡介13-14
• 1.2.2 國外富氧燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 國內(nèi)富氧燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 電廠鍋爐燃燒數(shù)值模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 2 天然氣富氧燃燒特性實(shí)驗(yàn)20-30
• 2.1 U型管天然氣富氧燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介20-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集22-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)24-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)工況劃分24-25
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析26-28
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象26-27
• 2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 3 天然氣鍋爐爐內(nèi)燃燒過程數(shù)值計(jì)算模型30-50
• 3.1 鍋爐概況30-32
• 3.1.1 鍋爐整體特性30-31
• 3.1.2 燃燒系統(tǒng)31-32
• 3.2 數(shù)學(xué)模型的建立32-41
• 3.2.1 基本守恒方程32-35
• 3.2.2 湍流流動(dòng)模型35-38
• 3.2.3 湍流燃燒模型38-40
• 3.2.4 輻射換熱模型40-41
• 3.3 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證41-43
• 3.3.1 模型簡化及網(wǎng)格劃分41
• 3.3.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比41-43
• 3.4 物理模型的建立43-44
• 3.4.1 模型的簡化43-44
• 3.4.2 網(wǎng)格劃分44
• 3.5 模擬工況及相關(guān)參數(shù)44-48
• 3.5.1 模擬工況的劃分45-46
• 3.5.2 邊界條件的設(shè)置46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 4 氧氣濃度對(duì)天然氣鍋爐爐內(nèi)燃燒特性的影響50-74
• 4.1 傳統(tǒng)燃燒方式下的燃燒特性分析50-58
• 4.1.1 速度分布特征50-52
• 4.1.2 溫度分布特征52-55
• 4.1.3 組分分布特征55-57
• 4.1.4 煙氣輻射特性57-58
• 4.2 富氧燃燒方式下的燃燒特性分析58-73
• 4.2.1 氧氣濃度對(duì)速度場的影響58-62
• 4.2.2 氧氣濃度對(duì)溫度場的影響62-65
• 4.2.3 氧氣濃度對(duì)組分分布的影響65-69
• 4.2.4 氧氣濃度對(duì)煙氣輻射特性的影響69-73
• 4.3 本章小結(jié)73-74
• 5 配風(fēng)方式對(duì)天然氣鍋爐爐內(nèi)富氧燃燒特性的影響74-92
• 5.1 配風(fēng)方式對(duì)速度場的影響74-77
• 5.1.1 氧氣送入方式對(duì)速度場的影響74-76
• 5.1.2 風(fēng)量配比對(duì)速度場的影響76-77
• 5.2 配風(fēng)方式對(duì)溫度場的影響77-81
• 5.2.1 氧氣送入方式對(duì)溫度場的影響77-79
• 5.2.2 風(fēng)量配比對(duì)溫度場的影響79-81
• 5.3 配風(fēng)方式對(duì)組分場的影響81-84
• 5.3.1 氧氣送入方式對(duì)組分場的影響82-84
• 5.3.2 風(fēng)量配比對(duì)組分場的影響84
• 5.4 配風(fēng)方式對(duì)爐膛輻射熱負(fù)荷分布的影響84-88
• 5.4.1 氧氣送入方式對(duì)爐膛輻射熱負(fù)荷分布的影響84-86
• 5.4.2 風(fēng)量配比對(duì)爐膛輻射熱負(fù)荷分布的影響86-88
• 5.5 應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐效率的影響88-90
• 5.6 本章小結(jié)90-92
• 6 結(jié)論92-94
• 6.1 全文總結(jié)92
• 6.2 工作展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-96
• 作者簡歷96-100
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集100

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