摘 要

火力发电是我国主要的发电方式，火电厂排放的NO_x对大气环境产生了严重的危害。本论文针对某厂的600MW超临界锅炉NO_x超标问题，提出了低氮燃烧器和燃尽风相结合的改造方案，通过数值模拟，试验研究和工业调试对相关问题开展研究，最后完成了锅炉的低NO_x改造工程，并达到了预期的目标。

查阅大量文献后发现，二次风的分级、一次风煤粉浓淡分离和风口的喷口结构是燃烧器设计的核心内容，而燃尽风的风率和开口位置对燃烧和NO_x可能有较大的影响。因此在燃烧器设计和数值模拟研究中对这些问题进行了重点分析和讨论。主要内容如下：

1）对锅炉进行优化设计燃烧器，改进了煤粉浓淡分离装置，加强了燃烧器出口的煤粉富集，对内、外二次风旋流叶片角度进行优化设计；

2）使用数值模拟研究运行参数，包括内外二次风比例、中心风的风速、燃尽风比率对燃烧器流场的影响，而后对使用优化燃烧器和分层燃尽风的炉膛进行热态模拟，分析锅炉的燃烧状况和低氮改造效果。

3）使用改进后的燃烧器对锅炉进行低NO_x改造，并采用了双层燃尽风布置，在热态调整试验后对改造后的锅炉进行性能测试，测试结果表明，燃烧器和燃尽风优化后的改造效果明显，锅炉低NO_x排放的效果更加显著，在满负荷下达到了改造要求，即在保证锅炉安全稳定运行的前提下，经济性有所升高，并控制锅炉尾部烟气中NO_x的含量不超过300mg/ 。

关键词：低氮燃烧器；燃尽风；煤粉锅炉；数值模拟；NO_x排放

Abstract

Thermal power is dominant in China but NO_x emissions of thermal power plants have severely adverse effect to the atmospheric environment. This study focused on a 600MW supercritical boiler (NO_x emissions out of the standard requirements) and a transformation scheme integrating low NO_x burners and over-fire air (OFA) was put forward; moreover, numerical simulation, experimental study and industrial commissioning were performed to solve related technical issues and support completion of low NO_x transformation to the boiler; thus, the expected objectives shall come true.

With reference to lots of literatures, it was found that the secondary air staging, the primary air pulverized coal rich/lean separation and the tuyere nozzle structures dominate the burner design; moreover, the OFA rate and inlet location may greatly affect combustion and NO_x emissions; thus, those issues shall be for primary analysis and discussion.

This study primarily includes the following contents:

1. Optimization design was carried out to burners and the transformation was performed to the pulverized coal dense thin separation unit; and the outlet coal concentration; in addition, the internal and external air swirl vane angles were optimized.

2. The numerical simulation was carried out to effects of those operating parameters (such as the ratio of internal and external air flow rates, central air velocity and the OFA percentage to the flow fields for burners and low NO_x transformation effect.

3. The low NO_x transformation was performed to the boiler by means of the optimized burners and two-layer OFA layout; and the boiler performances were measured after completion of the hot state adjustment tests to demonstrate the transformation effects shall be more significant and the corresponding NO_x emissions may remarkably fall. The transformation requirements may come true under the full-load conditions so that the safe operation shall be first guaranteed and the economic efficiency may grow slightly. The controlled flue gas NO_x content is no more than 300mg/m³.

Keywords: Low NO_x burner; OFA; pulverized coal fired boiler; numerical simulation; NO_x emissions

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 5

1.5 本文研究内容及目标 7

第2章 锅炉NO_x排放影响因素 8

2.1 NO_x生成机理 8

2.1.1 热力型NO_x 8

2.1.2 快速型NOx 8

2.1.3 燃料型NOx 9

2.2 燃料特性 9

2.3 炉膛结构 10

2.4 过量空气系数 10

2.5锅炉负荷率 11

2.6 燃烧温度 11

2.7 一次风率 11

2.8 本章小结 12

第3章 锅炉改造方案 13

3.1 锅炉及改造方案简介 13

3.2 锅炉新型燃烧器数值模拟 13

3.2.1 数值模拟 13

3.2.2边界条件与工况设置 14

3.2.3 计算结果与分析 18

3.3 锅炉工程改造及实验 31

3.3.1 改造方案 31

3.3.2 调整试验 33

3.3.3 锅炉性能试验测试过程及方法 33

3.4 锅炉改造效果 34

3.5 本章小结 36

第4章 总结与展望 37

4.1 主要结论 37

4.2 研究展望 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论

1.1 引言

我们国家以煤炭为主要的能源，所以这样的现状意味着我国的电站能源还会以煤炭为主。随着我国经济的快速发展，整个社会对电力的需求也越来越高，所以煤炭的需求量也随之增加。但是煤炭的燃烧会产生大量的污染物，NO_x便是其中的一种。治理氮氧化物已经刻不容缓。

第一章：本章介绍了 NO_x的危害及排放现状和国内外对NO_x的排放标准以及国内外的研究现状 ，并概述了本文的研究内容。

第二章：本章首先分析了燃煤锅炉燃烧NO_x生成的机理，然后分析了影响锅炉NO_x排放的因素，主要分析了燃料特性、炉膛结构、过量空气系数、锅炉负荷率、燃烧温度、一次风率等对NO_x生成的影响。