一种低nox旋流燃烧器的性能分析-performance analysis of a low nox swirl burner.docxVIP

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。必威体育官网网址□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不必威体育官网网址□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1绪论1.1课题研究背景煤炭工业是我国重要的基础能源产业，在我国能源供给结构中一直处于十分重要的战略地位，在能源消费结构中也一直处于主导地位的一次能源生产中，煤炭占75％以上，而石油和天然气比较缺乏。预计到2050年，在一次能源生产和消费中煤炭将占50％左右。另一方面，我国燃料的主要特点是煤种多样、煤质较差。近年来，由于我国电力生产需要的用煤长期供应不足，发电用煤品质不断地下降，同时我国在煤炭利用水平方面还比较低，煤炭利用的燃烧技术及燃烧设备还比较落后，导致了在能源利用上的浪费以及燃煤发电机组事故率较高。因此，在提高煤的燃烧的开发上，尤其是对煤的适应、高效率以及低污染排放控制的技术方面，有很多工作值得去做[1]。目前，我国大型燃煤锅炉所采用的燃烧器形式主要为直流和旋流式燃烧器。与传统的直流燃烧器相比，旋流式燃烧器具有布置简单、炉膛内热负荷及炉膛出口烟温和烟速分布比较均匀，同时过热蒸汽温差较小等优点，并能降低过热器与再热器的金属壁温、减少了锅炉炉膛局部结渣的可能性，以上优势使得旋流燃烧器的发展受到越来越多的重视。近年来，随着我国火电机组朝着大容量、高参数的发展以及不断引进地国外先进的大型锅炉制造技术，一些新型旋流燃烧技术的应用越来越多。然而，由于我国电站锅炉用煤与国外动力用煤的煤质特性存在较大差异，所引进的旋流燃烧器在煤种适应性方面有待改进。因此，尽快掌握大型旋流燃烧器的设计和运行特性，对于指导我国在大型电站锅炉的设计、制造以及运行，具有十分显著的现实意义[2,3,4]。虽然我国在近年来通过有关研究部门的努力开发出多种燃烧技术和设备，但是与国外的先进技术相比还存在着一定的差距。我国电站锅炉的NOx排放水平为350-800ppm，NOx的排放普遍超标[5]，控制NOx排放已经成为煤燃烧的重要课题。锅炉炉膛内部的流场、温度场分布，以及两相流场，O2、NOx的分布等信息对于高效率锅炉设备的设计以及保证锅炉的稳燃、不结渣、低污染等至关重要。特别针对我国电站锅炉燃用煤质较差的基本国情，为了保证锅炉稳定、安全且高效率地运行，了解炉膛内部各种信息是非常有必要的。长期以来，在煤粉锅炉进行研究时主要利用试验的方法。但是试验工作周期长，成本高，难度大，而且测量结果不宜外推。用实验的方法对锅炉及燃烧设备特性进行研究过程中，往往会遇到一定困难。近年来，随着计算机技术以及相关技术的猛速发展，CFD技术脱颖而出，迅速从理论走向实际实用，作为研究流体流动的重要手段，在实验研究中已被广泛应用。CFD方法具有短计算周期和低成本的特点，完全可以被工程应用所接受。现今，许多种商业软件在国内的应用很普遍，如Fluent，Ansys等为数值模拟研究锅炉燃烧提供了可能[6,7]。1.2低NOx燃烧技术原理煤粉燃烧NOx生成机理煤粉在燃烧过程中生成的NOx主要包括NO和NO2，而NO约占90%-95%[8]，所以在对煤粉锅炉所产生的NOx进行研究时，主要讨论NO的生成机理。NO根据其生成机理可分为：热力型NO、快速型NO和燃料型NO。1、热力型NO[9,10,11]热力型NO是由空气中的氮气在高温下燃烧转换而成，对温度的依赖性很强。这个反应过程在低于1500度的温度下基本检测不到，目前最为接受的是Zeldovich两步反应机理[12,13,14]：N2??O??NO??NN??O2??NO??O2、快速型NO[15,16]（1-1）（1-2）快速型NO是当碳氢化合物燃料在高浓度下燃烧时，空气中的氮气撞击燃料燃烧生成的CH原子团生成HCN、CN，然后被逐步氧化生成NO[20]。快速型NO是在1971年Fenimore[17]于1971年通过实验发现的：N2??CHX??HCN??N??...（1-3）3、燃料型NON2??C2??2CNHCN??O??NCO??HHCN??OH??NCO??H2CN??O2??NCO??O