天然气再燃还原NO的数值模拟研究

【摘要】：发展洁净煤燃烧技术,解决燃煤发电造成的氮氧化物污染,是当前能源领域最为关心的问题之一。天然气再燃技术是上世纪八十年代提出来的一种能够有效降低NO排放量的燃料分级燃烧技术。由于天然气再燃在降低NO排放方面独特的技术和经济优势,许多国家的众多学者和研究人员对再燃过程展开了广泛的研究。 本文在对前人工作进行归纳总结与分析的基础上,以一台35t/h的四角切圆锅炉为研究对象,利用Fluent软件对天然气再燃过程进行全尺寸三维数值模拟。论文的主要内容如下： (1)建立了炉膛燃烧过程的数学模型：气相的湍流流动采用Realizableκ-ε模型,气相湍流燃烧采用组分输运模型,取代了前人所采用的非预混燃烧模型；离散相流动采用随机轨道方法,挥发份析出采用双竞争反应热解模型,焦炭燃烧采用动力／扩散控制模型,辐射传热采用P-1模型,NO的生成和还原采用后处理的方法。 (2)采用上述模型对天然气再燃还原NO的过程进行了三维数值模拟,给出了炉内速度、温度、反应和组分浓度以及NO浓度的分布规律。在这个基础上,通过改变参数值,分析了再燃区长度、天然气喷口位置、再燃区空气过量系数、天然气量对NO出口浓度的影响。模拟结果得出：再燃区长度增加有利于NO的还原却影响主燃区的燃烧,综合考虑最佳值为800mm；天然气喷口位置不宜过高过低,最佳位置取为800mm；再燃区空气过量系数存在一个最佳范围0.8～0.9,针对本文的模拟对象,最佳值为0.9；天然气量是影响NO排放量的重要因素,最佳范围为15%-20%。 本文的数值模拟研究给出了天然气再燃工况下炉内的燃烧特性并分析了变参数对NO出口浓度的影响,对实际的工程应用提供了参考依据。 【关键词】：天然气再燃 还原NO 四角切圆锅炉 三维数值模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 符号表11-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题背景12-14
• 1.2 天然气再燃技术简介14-17
• 1.2.1 再燃原理14-15
• 1.2.2 影响天然气再燃还原效果的主要因素15-17
• 1.3 天然气再燃技术研究现状17-23
• 1.3.1 国外研究现状17-19
• 1.3.2 国内研究现状19-23
• 1.4 论文主要内容23-24
• 第二章 数学模型24-41
• 2.1 煤粉燃烧过程的数学模型24-34
• 2.1.1 基本控制方程24
• 2.1.2 气相湍流流动模型24-27
• 2.1.3 气固两相湍流流动27-29
• 2.1.4 气相湍流燃烧模型29-31
• 2.1.5 挥发份析出模型31-32
• 2.1.6 焦炭燃烧模型32-33
• 2.1.7 辐射传热模型33-34
• 2.2 NO生成与再燃还原模型34-40
• 2.2.1 热力型NO的生成模型35
• 2.2.2 快速型NO生成模型35-36
• 2.2.3 燃料型NO生成模型36-39
• 2.2.4 再燃还原模型39
• 2.2.5 湍流对NO生成和还原的影响39-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第三章 锅炉模型的建立及网格的生成41-48
• 3.1 建模41-43
• 3.2 划分网格43-47
• 3.2.1 网格划分的原则43-45
• 3.2.2 本文中模型网格的生成45-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 天然气再燃的数值模拟48-71
• 4.1 锅炉工作参数48
• 4.2 燃料性质48-49
• 4.3 边界条件49
• 4.4 数学模型49-50
• 4.5 数值模拟结果及分析50-62
• 4.5.1 炉内流场分析50-53
• 4.5.2 炉内温度场分析53-56
• 4.5.3 炉内反应和组分场分析56-59
• 4.5.4 炉内NO浓度场分析59-62
• 4.6 不同因素对NO出口浓度影响的研究62-70
• 4.6.1 再燃区长度对NO出口浓度的影响62-63
• 4.6.2 天然气喷口高度对NO出口浓度的影响63-65
• 4.6.3 再燃区空气过量系数对NO出口浓度的影响65-68
• 4.6.4 天然气量对NO出口浓度的影响68-70
• 4.7 本章小结70-71
• 第五章 全文总结与展望71-74
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 学位论文评阅及答辩情况表81

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