摘 要

火力发电是我国主要的发电方式，火电厂排放的NOx对大气环境产生了严重的危害。随着社会经济的不断发展，环保问题日益受到人们的广泛关注，相关国家标准对火电厂NOx的排放要求越来越严格。因此火电厂必须采取必要的措施降低锅炉NOx排放。本文通过某电厂锅炉NOx排量过大问题的分析与研究，结合锅炉运行的边界条件，提出了锅炉低NOx排放改造的技术方案。

本文主要工作如下：

1）通过对锅炉实际运行工况的观察，发现该锅炉运行中NOx排量过高的主要原因是炉膛内没能形成明显的空气分级，并且燃尽风量不足。根据实际运行中存在的问题，提出了更换四角燃烧器及增加燃尽风的改造措施；

2）通过流体计算软件FLUENT对改造后的炉膛速度场、温度场进行模拟，通过数值模拟的结果分析、检验锅炉的改造效果；

3）锅炉改造后，通过在不同锅炉负荷、不同燃烧工况的实际燃烧试验，测出锅炉在不同工况下运行数据，分析、检验改造后的锅炉在不同工况下实际的运行情况，对锅炉的实际运行提供指导。

关键词：NOx排放、低NOx燃烧技术、空气分级、数值模拟、燃烧试验

Abstract

Thermal power still dominates Chinese electricity market but its resultingNOx emission gives rise to some adverse effects to our living environment. Along with the development of social economy, environmental issueshave attracted increasing public attention and NOx emission has been strictly restricted in the corresponding national standards. Thus, some effective measures shall be taken to reduce NOx emission. The technical solution for transformation of low NOx emission situations of some certain power boiler was put forward based on analysis and study of its excessive NOx emission and by combining its actual operation boundary conditions in this study.

The primary work contents are listed as follows:

1. The primary cause of excessive NOx emissions is that there is not forming obvious air staging and lacking over fire air in boiler furnace by observing its actual operation conditions. The technical solution including replace burner of four corners and increase over fire air is pointed out;
2. After transformation, the simulation of velocity and temperature field for furnace is carried out through FLUENT to test transformation effects;
3. The actual burning tests with different boiler loads and burning conditions will be carried out to provide data for analyzing and testing the operation conditions under different situations, moreover, that will provide guidance for boiler actual operation conditions.

Keywords: NOx emission, low NOx combustion technology, air staging, numerical simulation, burning tests

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 NOx的危害及排放现状 1

1.3 国内外对NOx的排放标准 2

1.4 国内外的研究现状 3

1.5 本文结构 5

第2章 锅炉氮氧化物排放影响因素 6

2.1 NOx生成机理 6

2.1.1 热力型NOx 6

2.1.2 快速型NOx 6

2.1.3 燃料型NOx 7

2.2 煤种的分类 7

2.3 炉膛结构 9

2.4 过量空气系数 10

2.5 锅炉负荷 11

2.6 本章小结 11

第3章 锅炉改造方案 12

3.1 锅炉及改造方案简介 12

3.2 锅炉尺寸及主要参数 12

3.3 煤粉及煤种 13

3.3.1 制粉系统 13

3.3.2 设计燃煤 13

3.4 燃烧系统 14

3.4.1 燃料风（周界风） 14

3.4.2 燃尽风 14

3.4.3 燃烧器 14

3.5 锅炉低氮氧化物改造边部条件分析 15

3.5.1 炉膛条件 16

3.5.2 制粉系统 16

3.5.3 煤质 16

3.5.4 燃烧系统分析 17

3.6改造方案 17

3.6.1 燃烧系统改造范围 17

3.6.2 燃烧器改造方案 17

3.6.3 燃烧器低NOx改造 18

3.6.4 防结渣、防腐蚀改造措施 21

3.6.5 稳燃高效措施 21

3.6.6 燃尽风布置方案 22

3.7 改造技术方案的特点 22

3.8 本章小结 23

第4章 改造后数值模拟及分析 24

4.1 分析内容 25

4.2 计算域和网格划分 25

4.3 冷态数值模拟 26

4.3.1 冷态数值模拟工况及边界条件 26

4.3.2 速度模拟结果及分析 26

4.4 热态数值模拟 28

4.4.1 热态数值模拟方法 28

4.4.2 热态数值模拟工况及边界条件 28

4.4.3 流动及温度状况模拟结果与分析 29

4.4.4 O₂浓度模拟结果及分析 31

4.4.5 燃烧产物浓度模拟结果及分析 31

4.5 数值模拟结论 33

4.5.1 冷态数值模拟 33

4.5.2 热态数值模拟 33

4.6 本章小结 33

第5章 改造后燃烧调整试验 34

5.1 测试内容 34

5.1.1 氧量调整实验 34

5.1.2 燃尽风量调整试验 34

5.1.3 燃烧器摆角试验 34

5.1.4 最佳燃烧工况试验 34

5.2 试验过程 35

5.2.1 320MW负荷调整试验 35

5.2.2 245MW负荷调整试验 38

5.2.3 185MW负荷调整试验 40

5.3 本章小结 42

第6章 总结与展望 43

6.1 总结 43

6.2 展望 43

参考文献 44

致谢 46

第1章 绪论

1.1 引言

雾霾天气、光化学烟雾、酸雨等环境问题已成为人们广泛关注的热门话题。随着“史上最严新环保法案”的实施，环保问题受到政府高度重视。我国是以煤炭为主要一次能源的国家，据统计截止到2013年，我国火电发电量为38975亿千瓦时，占全国发电量的82.54%^[1]。火电厂燃烧产生大量的氮氧化物、硫氧化物等有害气体，因此减少火电厂污染物排放刻不容缓。