通过电站锅炉煤粉的变化燃烧来进行氮氧化物控制的数值分析(编辑修改稿)

通过电站锅炉煤粉的变化燃烧来进行氮氧化物控制的数值分析(编辑修改稿)内容摘要：

22 NOkdtNOd ， Tek  （ 3） 从参考数中引用反应速率常数，并且公式 3 通 过竞争一个氧原子来结合燃料的氧化过程 ，它的局部浓度必须估计。 在贫燃料燃烧区，氧原子被假定为与 O2 保持平衡，并且【 O】可以从氧解离的局部均衡来估计，就像在这做的一样。 首先 NOX 子模型还包括燃料型 NO 的形成和损耗的反应，通过氰化氢（ HCN），它作为一个中间体化合物挥发。 挥发物的原子含氮量作为中间含氮化合物，它可以是氰化氢，氨等等。 中间化合物既可以被氧化形成 NO，或者通过进一步含氮种类得到分子氮 来削减。 我们已采纳这条由 22岁的 De Soete 提出的建议（这种模型不一定适合强烈的富燃料条件）。 所选择的模式 是结合 De Soete 关于气相 NO 形成的宏观反应动力学。 燃料型 NO 形成反应率被给定为 TOH C NNO eXXArdtdX 7321011 210   （ 4） 对于贫燃料条件下，这在粉碎煤燃烧炉中很普遍，方程4 的常数，也就是说，预指数因子 A1，被 Lockwood 和RomoMillares 提出， 与原始值 A1=1 相比增加了 （ De Soete， 22 岁，在富燃料条件下更合理）。 正如说明的那样，因为没有考虑温度波动的影响，调整模型之一的参数 （预指数因子反应方程之间的 HCN 和 O2）是必要的。 有人做了一项敏感性分析以确定最佳值，而在文献中提出的这些值（ De Soete22 岁 ， Smith, Hill 和 Smoot,24 岁）没有给出正确的NO 浓度的量。 对于提出的数据，仅基于实验的 NO 排放值，这个系数的最佳配合是 10101 / S。 在未来数年里，在规模效用锅炉中，这个数值将被广泛用于氮氧化物的预测。 在这项工作中， 具有不同的值的预指数因子 A1，依赖于本地的燃料浓度， 反应速率的计算已通过方程 4 执行。 系数 0≤α≤ 1，在公式 4 中被应用，依赖于氧的局部 浓度，根据22 岁的 De Soete 给出的 2 OX 1 23 2   OX OX 22   OX OX 2 OX 0 (5) 对于的 NO 消耗速率，下面的表达式一直根据文献选择 TNOH C NNO eXXrdtdX 208122  (6) XHCN， XO2， XNO 相应的摩尔分数。 NO 和 HCN 的偏微分方程在欧拉场 中解决 ，式 7。 在相应的传输方程中获得的 NO 的来源依赖于总的净形成 /破坏率，而 HCN 源包括 HCN 通过液化释放的气体和 在气相中HCN 消耗。 表 1 中。 与锅炉机组的测量比 较 TE Kostolac B1 和 B2“ 20202020 年 燃料燃烧器层 空气 通过 NOx 排放量分布 中煤尘混合气相通过 低级侧燃烧器（ %） 第几侧燃烧器的二次空气（ %） （ mg/Nm3） 低级侧燃烧器 上级侧燃烧器 测试用例 低侧（ %） 高侧（ %） 低侧（ %） 高侧（ %） num. sim. （ %） meas. （ %） B1 2020 52 28 13 7 56 70 439 449 B1 2020 39 21 26 14 57 65 868 1051 B1 2020 56 65 490 506 B1 2020 39 21 26 14 57 65 549 557 B2 2020 39 21 26 14 56 65 473 440 B2 2020 39 21 26 14 57 65 881 893 B2 21 58 65 447 460 2020 正常条件下（ 0℃， 1013 毫巴），折干计算，在烟道气中的 6％O2。 包括通过 中间的煤粉尘空气混合物导管提供的预热空气的核心空气部分。 作为接 受，二次风增加了 20%并且 用含氮2%的煤来代替含氮 1%的煤。 表 2 中。 B2 于 2020 年和数值参数的测试，研究测量锅炉的单位 TE Kostolac 案例。 燃料燃烧器层分布 空气中煤尘混合气相通过低级侧燃烧器通过第几侧燃烧器的炉膛出口烟温 (176。 C) NOx 排放量（ mg/Nm3） 低级侧燃烧器 上级侧燃烧器 测试用例 低侧（ %） 高侧（ %） 低侧（ %） 高侧（ %） num. sim. （ %） meas. （ %） num. sim. （meas. （%） （ %） 二次空气（ %） %） B220118463 39 21 26 14 59 65 1047 1045 564 565 B220118226 39 21 26 14 59 65 1041 1039 541 558 B2201184631 39 21 26 14 58 65 1048 535 B2201182261 10.5 57 65 990 468 B2201182262 10.5 58 65 1050 504 B2201182263 10.5 58 50 1040 461 B2201182264 10.5 58 70 1036 564 B2201182265 52 28 13 7 54 65 950 375 正常条件下（ 0℃， 1013 毫巴），折干计算，在烟道气中的 6％O2。 包括通过中间的煤粉尘空气混合物导管提供的预热空气的核心空气部分。 七家工厂（在其他情况下六厂）密封炉壁。 NOjNONOjNOjj SxXxUx   )(  H C NjH C NH C NjH C Njj SxXxUx   )(  (7) NO 和 HCN的质量分数分别由 XNO（ kg/kg）和给定的 XHCN（ kg/kg），而Γ NO 和Γ HCN 对应输运系数。 SNO 和 SHCN是 NO 和 HCN 的源项。 相对于 NO 总净形成 /破坏率获得的SNO：公式 3 和公式 4/公式 6。 通过 挥发释放 HCN，并且通过方程 4 和方程 6 给出的反应在气相中减少了 HCN。 假设 进入气相的燃料氮的挥发速率与脱挥发分速率成正比是合理的，正如 Lockwood 和 RomoMillares 所做的一样。 作为从粉煤灰中释放的结果， HCN 的来源用拉格朗日粒子跟踪的子程序来计算，作为一个通过 仔细考虑控制卷 所有 粒子运动轨迹来源的总合。 结果和讨论 NOx 的子模 型被纳入了有限体积数字代码。 在变工况的情况下，对于炉膛案例研究 NOx 排放量的可靠预测，网格独立研究（在工业规模问题上极其重要）和验证数值计算被应用。 3D 不均匀，结构上的，交错的网格被应用。 独立网格研究建议 网格 130 65 65= 549250 网格节点是一个正确的选择，结合每个燃烧器层 200 个粒子轨迹（每个燃烧器800 个，并且操作中 7 个燃烧器有 5700 个）。 选择 单分散的煤粉颗粒的 代表 性的 初始平均粒径 （ dp=150 m ），关于筛分分析 （研磨细度为 R90=％， R1000= ％，其中， R90表 示 百 分 比 筛 余 物 网 格 间 距 90 微 米 ），Rosin−Rammler−Sperling 粒径类的分布以及一组数值试验。 验证 NOx 的生成 /销毁子模型 表 1 和表 2 给出了 NOx 排放量和 Kostolac 电厂 B1 和B2 蒸汽锅炉机组在运行过程中的可用实验结果之间的比较。 在 20202020 年期间两个单位 都执行了测量 （塞尔维亚电力工业提供了结果） ，而 B2 单元进行的调查也于 2020 年由长春花核科学研究所 在空气预热器维修之后完成。 为了评价预测，有必要重新计算在炉膛出口由相应标准 所要求的条件预测的平均氮氧化物的质量分数 ，即在 T = 0℃ C， P=1 个大气压情况下，并用相应单位表达排放量， mg/Nm3。 测量程序，设备，和不准确的气体温度已经给出。 测量的氮氧化物排放量基于烟道气中的一氧化氮的含量，测定由相关的仪器，即气体分析仪完成的。 该仪器的精确度在 1%范围内。 但是总的实验误差非常 复杂且容易被影响，并不只是测量仪器和采集系统的精度，还可以是操作条件，独立参数的波动，取样和整个测量系统的保存。 NO 含量在同一条件下重复测量表现出良好的再现性：测量值之间的差异从来没有超过 5%。 案例 研究中的电站锅炉（额定蒸汽量 1000t/h，并且满负荷输出功率 350MWe）是塔型自然循环锅炉。 水冷壁冷灰斗炉膛（尺寸： m m m)，燃烧装置炉篦是相同的。 烧煤粉（塞尔维亚褐煤）的炉膛是四角切圆燃烧。 图 1 显示了案例研究锅炉 的尺寸和燃烧器层布置，空气煤粉混合物（在图 1 中给定为 PA 和煤炭） 通过两个较低级的燃烧器（通常被称为 “ 主燃烧器”，用于燃烧的较大的颗粒尺寸类）和两个上级燃烧器（用于较小颗粒尺寸类）来注入。 在它们周围引入二次空气（ SA）以确保良好的燃烧（完全燃烧所需的空气 ）。 图 2 显示出了 水平横截面上设置的 8 个喷射燃烧器。 空气煤粉混合物和二次空气被导入与假想圆相切的锅炉炉膛，提供切圆燃烧。 因此，在炉膛中部，形成一个漩涡结构。 空气煤粉尘混合物 在 B1 和 B2 单位中分别应用了 离心分离器和百叶窗分离器组合。 除非另有规定， 6 台轧机工作（均匀）： 2 相对截止。 筛余物： R90=55％和 R1000= 2％。 空气煤粉尘混合物温度： 200176。 C。 二次风温度： 283℃（在2020,2020 年 ） 并且 287 176。 C (在 2020 年 )。 对于测得的测试案例和参数分析，操作情况在表 中列出。 图 1。 Kostolac 电厂 B1 和 B2 蒸汽锅炉炉。 如表 1 和表 2 所示，预测和测量吻合的很好（百分比差异 %），除了测试情况 B12020。 仅在 2020 年，获得了可观的差异； 在这个实验中，重复的数值试验认为原因可能是空气量的增长（预热空气或冷空气）和 /或者燃料中更多的氮。 在保证煤中结合两倍多氮 （如收到的那样 %，应用于其他案例中） ，二次风大约 20%的增长（ 即二次空气，炉膛出口空气过剩λ out= 与在标准工作条件下满负荷）， 在测试案例 B22020 给出了一个 令人满意的排放量近似值并且在案例测试 B12020 中以一种合理的方法来获得测量值。 正如预期的那样，在 2020 年的测试案例中有相当多的燃料被注入上级燃烧器， 提高了比较高的位置的火焰，如图3 所示。 作为该模型的额外验证，进行了一项参数分析，看表 2和表 3。 燃料的近似和极限分析作为在 2020 年 表 4 和表 5测量的 相应情况下 被应用。 该模型正确地预测了排放量和炉膛出口烟温在不同操作情况下的影响。 在测试案例B2202084631 中，在测量案例 B220208463 中六个燃烧器（两个相反关闭）代 替七个工作：在 前一个例子中气动热力学对称性为低排放量（一定程度上 5%）提供了条件。 在测试案例 B220208226 中，五个额外测试情况 进行了检查。 图 2 切线配置 Kostolac 电厂 B1 和 B2 蒸汽锅炉燃烧器。 图 3。 在锅炉炉的测试案例 B220208463 中温度场和氮氧化物的浓度。 表 3 中。 煤和空气中测得的测试案例和相关参数分析的质量流率。 煤炭总 单个燃烧率 单个燃烧器空气 单个燃烧器二 通过燃烧设备后 进。