htnr3低nox旋流燃烧器冷态流场实验和数值模拟-cold flow field experiment and numerical simulation of htnr 3 low nox swirl burner.docx

1绪论1.1课题背景伴随新的化石资源的发现和大规模开采应用，世界的能源消费结构在历史上经历了数次变革。目前主要变革有三个。第一次是在18世纪以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。与此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。而人类对能源的需求却没有因为污染而有所降低，反而与日俱增。于是20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。从总体上看，21世纪，世界能源需求量仍将继续增长，能源开发结构无疑将由石油主导型发展为多元共进型，可再生能源将迅速发展。由于建立适合新能源开发利用的新技术体系尚需要较长一段时间，传统矿物燃料仍将是世界较长一段时期内能源生产消费的主体。预计2050年前后，由于石油和天然气资源趋于枯竭，煤的液化和气化技术将获得快速发展，煤炭将是世界范围内新旧能源系统转化过程中承上启下的重要过渡能源，可能赶超石油和天然气，成为世界第一能源。尽管世界能源消费结构目前是以石油为核心，中国的能源消费结构与世界能源消费结构有很大不同。中国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国以及出口国，其主要能源为煤炭，石油仅仅为中国第二大能源，其他能源比如天然气，水力，风力，核电等，只占很小的比重且不具有全国性。因为其储量丰富，价格合理，使用方便等特点，煤炭资源在我国能源中占有绝对优势。煤炭作为我国工业生产不可或缺的重要原料，在国民经济发展中具有重要的战略地位。煤炭在一次性能源生产和消费比例通常在70%左右，并且绝大部分用于燃烧特别是火力发电。根据中国工业和信息化部的官方统计，截至2009年底，全国发电设备装机容量达到87407万千瓦，同比增长10.23%。其中，水电19679万千瓦，占总容量22.51%，同比增长14.01%；火电65205万千瓦，占总容量74.60%，同比增长8.16%；水、火电占总容量的比例同比分别上升0.74个百分点和下降1.45个百分点；风电并网总容量1613万千瓦，同比增长92.26%。除了燃煤电厂以外，我国目前有各种工业和电站锅炉约50万台，而且随着近几年钢铁和火力发电等工业的迅猛发展，新建锅炉正以每年8000多台的速度不断增长，加上近20万台工业窑炉燃用煤炭，这就决定了我国能源主体将长期以煤炭为主。“煤为基础、多元发展”，是解决我国未来能源问题基本方略，但在今后相当长的时间里，以煤炭为主体的一次能源结构不会改变。国家煤炭工业“十二五”规划思路初步预测，2015年我国煤炭需求35～38亿t。未来40年，是我国经济实现第二个翻两番，全面建成小康社会，步入中等发达国家行列的关键时期，也是我国工业化和城市化快速发展的阶段，我国煤炭工业以及燃煤电站的可持续发展面临着前所未有的历史新机遇和新挑战。然而，能源的生产利用对生态环境造成的损害是中国环境面临的核心问题之一。燃煤排放的大量有害物质造成城市空气质量快速恶化并引起大规模的酸沉降，对环境造成严重的污染。燃煤污染造成的环境问题已经成为我国经济可持续发展的制约因素。燃煤除了产生大量烟尘，排放的主要污染物成分是CO2、SOx和NOx，特别是火电污染物中生成的NOx和SOx，它们所形成的酸雨对环境造成的污染已经受到全世界的关注。由于国家近些年来一直加大对SO2的控制，SO2的排放已明显好转。但国家对NOx的控制还没有明确法律规定，NOx排放尚未得到有效控制，因此我国NOx排放量不断增加，增幅超过了SO2[1]。对于火电SO2的排放我国在“十五”期间已开始进行有效控制，但对于烟气NOx的排放控制尚处于起步阶段。目前大部分燃煤锅炉的燃烧方式落后、热效率低，并且无先进的脱氮装置。NOx对环境与人类自身危害的严重性体现在两个方面：一方面，它是形成酸雨的主要因素；另一方面NOx在一定条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境，恶化人类赖以生存的环境。因此，控制NOx排放对于中国治理燃煤污染、改善大气环境是一个十分迫切的任务。纵观我国能源发展现状，分析我国现阶段经济发展水平，结合清洁能源开发利用的技术能力，煤的清洁燃烧应该是我国能源可持续发展的重要组成部分，煤炭为基础的生产结构仍是我国基本国情。因此，在积极发展清洁能源的同时，必须把煤的清洁燃烧作为能源发展和环境建设的首要任务[2]。研制、开发燃煤清洁燃烧技术与综合利用新技术，是与中国能源资源结构相一致的环保、高效、适用的一条新路。这种实现燃烧、生产与转化新产品一体化的综合