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第 4 5卷第 2期 2 01 4年 3月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0I 0GY Vo 1 ． 4 5，NO ． 2 M a r ．，2 0l 4 【 燃 料 与燃烧 】 6 0 0 MW 切 圆锅 炉 L N CF S系统低 N O 燃 烧特性数值研究 白 涛 ，孙保 民，康 志 忠，郭永红 ，信 晶 华北 电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室 ，北京 1 0 2 2 0 6 摘要 通过数值模拟研究 了不 同燃尽风配风方式对 6 0 0 Mw 四角切 圆锅 炉炉 内流动 、 燃烧 以及 NO 生成 的影响。结果表 明 ， 采用 L N C F S深度 空气 分级 低 N O 燃烧系统 ， N O 排放量可控制在 4 0 0 mg ／ m 。 6 O 以 下， 较好地抑制 了燃烧过程 中 NO 的生成。深度 空气 分级燃烧方式 主要通过抑 制主燃 区内挥发分 N 0 的生 成来控制最终 的 N O 排放 ， 但对焦炭燃尽 后期 N O 生 成影 响较小 。伴 随剩余煤 粉的燃 尽 ， N O 生成量 又有 所反弹 ， 影响了炉膛出 口最终的 NO 排 放量 。 关键词 切圆锅炉 ；N0 排放 ；焦炭 中图分 类号 T K2 2 9 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 4 0 2 0 0 3 5 - 0 6 0 前 言 随着我国经济的发展 以及 电力需求量的逐年 增 加 ， 大量 火 电机组 投入 运行 ， 一方 面会 消耗 大 量 煤炭， 使得我国煤炭资源的开发和利用较为紧张； 另一方 面 ， 煤炭 的大 量燃 烧产 生 大量 大气 污染 物 。 火 电厂作 为大 气污 染 物 烟尘 、 S O 和 NO 的 主 要 排放源之 一 。2 0 0 7 年我 国火 电 S O 、 烟尘 、 No 的排放量分 别为 1 2 5 9万 t 、 2 9 7万 t 、 8 4 0万 t 。预 计 到 2 0 1 5 年 ， 将 分别达 到1 3 1 0 万 t 、 1 0 4 9 万 t 、 5 4 4 万 t 以上 。 由此 可见 ， 火 电大 气 污 染 物 对 环境 的 排 放量将越 来越大 【 J ] 。 为 了控 制火 电厂 NO 排 放 ， 国家采 取 了更 为 严 格 的标准 GB 1 3 2 2 3 2 0 1 1 ， 对 N 的排 放制 定 了更 为严格 的限值 ， 规定 2 0 1 4年 7 月 1日起 现 有 火力 发 电锅 炉 执 行 N 排 放 浓 度 为 1 0 0 mg ／ m 的限值 ， 2 0 0 3年 1 2月 3 1日前建 成投 产或 通过 环 评 审批 的 火 力 发 电锅 炉 执 行 NO 排 放 浓 度 为 2 0 0 mg ／ m。的限值 。 炉 内低 NO 燃 烧 技 术 中 ， 空 气 分 级 燃 烧 技 术 改造 方 式较 为 灵 活 ， 方 法 较 为 简 单 ， 新 建 机 组 大 多都 以采 用 此 方 式 ， 在 主 燃 区 上 方 布 置 燃 尽 风并 通 过 调节 燃 尽 风量 来 提 高 降低 NO 排 放 效 果 ， 同时这也是 电厂常用降低 N 排放 的改造 措 施 。 对 于 目前 发 展 的超 临界 以 及 超 超 临 界 机 组 上 应用 了更 为有 效 的低 NO 燃 烧 技 术 一空气 分 级燃 烧技 术 ， 此燃 烧技 术 深 化 了炉 内 的空 气分 级 燃烧 方式 。在 距主燃 区上方 6 ～8 m 内布 置 了分 离 燃尽 风 S OF A且 所 占总风量 大 多高于 2 O 9 ／ 6 ， 为 深度空气 分级燃 烧方 式。对 于采用 I N C F S低 NO 燃烧 系统 的超 临界 锅 炉 已在 我 国投 产 很 多 且低 N0 燃 烧 效果 较 好 。对 于在 四角 切 圆锅 炉 中应 用较 为广 泛 的 L NC F S I o w NO C o n c e n t r i c F i r i n g S y s t e m 低 NO 同轴 燃 烧 系 统 。I N C F S 低 NO 燃 烧 系统 采 用水 平 方 向的 煤 粉浓 淡 燃 烧 方式 以及 偏 置 二 次 风 ， 在保 证 煤 粉 着 火 的 同 时 ， 最 大 限度地 推迟 了煤 粉 与助 燃 空气 的混 合 ， 有 效 地 降低 了着 火初 期 NO 的生 成量 。此外 ， 采用 沿 炉膛高度方 向的空气分级燃烧布置， 对炉内整体 空气分 布进 行 了优化 ， 降低 了燃 烧过 程 中的 NO 生 成量 。某 燃用 神华 煤 的 6 0 0 Mw 超 临界 锅 炉 ， 通 过燃 烧调 整 ， NO 排放 能 达到 2 5 0 mg ／ m。 。对 于某 国产 6 6 0 MW 超 超 临界燃 用 烟 煤锅 炉 ， 通 过 燃 烧调 整 ， N O 排 放能 达 到 2 4 3 mg ／ m3 [ 。 通过数值模拟对具有 L NC F S燃烧系统的超 临界 6 0 0 Mw 四角切圆锅炉炉内低 NO 燃烧特 性 进 行 研 究 ， 分 析 燃 烧 过 程 中 的 低 NO 燃 烧 规 律 ， 为优 化 同类型 机组 的低 NO 运行 方式 提供 一 定 的指导 和依 据 。 收稿 日期 2 0 1 21 10 8 ； 修回 日期 2 0 1 30 83 0 作者简介 白涛 1 9 8 1一 ， 男， 博士研究生 ， 主要从事煤粉锅炉高效低 污染方 面的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技术 第 4 5卷 1 设 备 概 况 试 验 锅 炉 是 从 美 国 阿 尔斯 通 能 源 公 司 引进 的 6 0 0 Mw 摆动 式 四角燃烧 技 术 制造 ， 主要 设计 参 数见 表 1 。设 计 燃 烧 烟 煤 。采 用 中速 磨 煤 机 、 冷 一 次风 机 、 正 压 直 吹 式 制 粉 系 统 ， 煤 粉 燃 烧 器 为 四角 布 置 、 切 向燃 烧 、 摆 动 式 燃 烧 器 。燃 烧 方 式采用 低 NO 同轴 燃烧 系 统 I NC F S 具 体 见 图 1 。L NC F S的 主要 组 件 为 紧 凑 燃 尽 风 、 可 水 平 摆动 的 分 离 燃 尽 风 、 预 置 水 平 偏 角 的 辅 助 风 喷 嘴 、 宽调节 比 WR 煤 粉 喷 嘴 。主 风 箱 设 有 6层 宽调 节 比煤粉 喷嘴 ， 在 煤 粉 喷 嘴 四周 布 置有 燃 料 风 。在每 相邻 2层煤 粉喷 嘴之 间布 置有 1 层 辅助 风 喷嘴 ， 其 中 包 括 上 下 2只偏 置 的 C F S喷 嘴 ， 1 只直吹风 喷 嘴 。在 主风 箱 上 部设 有 2 层 C C O F A 喷 嘴 ， 在 主风 箱下 部设 有 1 层 UF A。在主 风箱 上 部 布置有 S OF A燃 烧器 。 表 1 主要 设计 参数 图 1 煤粉燃烧 器平面布置图 2 网格划分及数值计算方 法 计 算 区 域 由冷 灰 斗 底部 至 折 焰 角上 方 炉 膛 出 口垂直 截面 ， 计算 模 型与模 拟对 象 比例为 1 1 。 由于计算 主要 关 注炉 内燃烧 情 况 ， 从 而 忽 略 了炉 膛上 方存 在 的 屏 式 过 热 器 以及 高 位 过 热 器 。炉 膛 整体 为规则 长 方体 结 构 ， 可 用 技术 上 较 为成 熟 的结 构 化 网格 进行 划分 ， 如 图 2 a 所 示 。 根据 炉膛 的 结 构 特点 ， 采 用 非 一 致 化 网 格 生 成技术 即相邻 区域 的交 界 面 网格 可 以不 一 致 对 炉膛进 行 网格 划 分 。把 炉膛 分 为 4个 区域 冷 灰 斗 、 主燃 区、 折焰角 区以及炉膛 上部 区域 ， 分 别对 这 4个 区域 进 行 网格 生成 。非 一致 化 网格 优 点 在 于 计 算各 区域可 以根据需求 布置 网格疏 密 ， 不受 相邻 区域影 响。既可 以满足计 算精度 的要 求 ， 又可 以大 大减少 网格 数量 ， 加快计算 速度 ， 节 约计算时 问[ 3 ] 。 为减小计 算过程 中由气 流 流动 方 向与 网格 之 间产生 伪扩 散造 成 的计 算误 差 ， 将 炉 膛 主燃 区横 截 面区域划 分 为辐 射 状 网格 ， 使燃 烧 器 出 口气 流 方 向与网格 界面平行 ， 以减 少伪 扩 散 的产 生 ， 提高 计算结 果 的精确 性 ， 减小 与 实 际值之 间的误 差[ 4 ] 。 确定 截面 网格 分 布 后 ， 采 用 C o o p e r 方 法 ， 将 截 面 网格 沿高度 方 向拉 伸 ， 在 整 个 主 燃 区 内生 成 结 构 化 六面体 网格 。考 虑到燃 烧 器附 近是 煤 粉和 空 气 混 合后 ， 产 生剧 烈 的 湍 流 和燃 烧 的主 要 区 域 并 对 这部分 网格进行局 部加密 ， 如 图 2 b 所示 。 a 炉膛整体网格划 h 炉膛截面网格划分 图 2 炉 膛 网格 结 构 划 分 数 值 模 拟 采 用 三 维 稳 态 计 算 。通 过 流 体 动 力 学控 制 方 程 和湍 流 输 运 方 程 对 炉 膛 内各 种 组 分 气体 的流动 进行 模 拟 。首 先 ， 采 用有 限体 积 法 将建立的微分控制方 程和输运方程离散 为代数 方程 组 ； 其 次 ， 采 用 隐式 方 案 对 离 散 的方 程 进 行 线性 化处 理 ； 最 后 ， 采 用 分 离 求 解 器 求 解 离 散 的 控 制方程 。湍流 模 型 采 用 R e a l i z a t i o n k 一￡ 方 程 模 型 。气 相 湍 流 燃 烧 模 拟 采 用 混 合 分 数 一概 率 密 度 函数 ， 主要 通 过 求解 第 i 个 组 分 的 混合 分 数 的输运 方程 ， 然后 根 据 预 测混 合 分 数 的分 布 来 推 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 白涛 ， 等 6 0 0 Mw 切 圆锅炉 L NC F S系统低 NO 燃烧特性数值研究 3 7 导 出每个 组分 的浓 度[ 5 ] 。火焰 辐射传 热 采用 P 一 1辐射模 型模 拟 ， 湍 流 扩 散 火焰 采 用 非预 混 燃 烧 模 型进行 模拟 l 6 ] 。 在I a g r a n g i a n坐标 系下采 用离散相 模 型模 拟 流场 中离散 的煤粉颗粒相 的运动轨迹 ， 将 连续相的 气体 与离散 相的煤粉颗粒 相耦合 ， 考虑连 续相流动 与离散相运动 中 的相互影 响 并对 煤粉 的燃 烧过 程 进行模拟 ； 采用 双平行反应模 型模 拟煤粉挥 发分的 析 出 ， 焦炭燃烧采 用动力 ／ 扩散控制燃 烧模 型 ； 采用 随机轨道法模 拟煤 粉颗 粒在 连续 相 中的 扩散并 且 包括连续 相瞬时湍 流作用 对颗粒运 动轨道 的影 响； 计算 中假设 煤 粉粒径 服 从 r o s i n - r a mml e r 分 布 ， 采 用压力耦 合 方程 组 的半 隐式 方 法 S I MP I E 对 流 场进行计 算 。由于 N 在 煤 中 的含量 很 少 ， 对 煤 粉 燃烧影 响很 小且 NO 的生成速度落后 于其他燃烧 产物 。因此 ， 对于 NO 计算 的生 成可 以作 为数 值 模拟 的后处 理过程 ， 考虑燃 烧过 程 中热力 型 NO 、 快速 型 NO 燃 料 型 NO 、 的生 成 。对 于 燃 料 型 NO ， 还需 考 虑 燃 料 中 的 N 先 转 化 为 中 间 产 物 HC N 和 NH。 ， 然 后再转化为 NO的转 化机制l 7 ] 。 3 数值计算结 果分析 计 算工况 为 额定 负 荷 下 ， 投 入 总 风 量 以及 总 煤 量一 定 ， S OF A 风投 运 5层 工 况 1 以及投 运 3 层 工 况 2 的 2个 工 况 进 行 数值 模 拟研 究 ， 计 算 工况 如表 2 所 示 。 表 2计 算工 况配风 参数 s F A 一 次风率二次风率 s 0F A风率 投 运 层 数／ m s ／ m s ／ m s 3 ． 1炉 内温度 分布 图 3为不 同工况 下炉膛 纵截 面温 度分 布 。 温度 温度 b 1 4 0 0 a 工况1 b 工况2 图 3不同工况下炉膛纵截 面温度 分布 K 由图 3可 知 ， 主燃 区 内燃 烧 较 为剧 烈 ， 温 度 较高 。煤粉 进 人 炉膛 后 ， 迅 速 着 火 并 燃 烧 ， 受 主 旋转气流以及上游气流的冲击作用 ， 炉膛横截面 形 成环 形旋 转气 流 。此 时 ， 煤 粉 随气 流在 环 形 区 域内燃烧 ， 在主燃 区内呈现环形 区域温度高 ， 中 心 区域 温度 低 的分 布 且 在 炉 膛 纵 截 面 面 呈 现 M 型温度分布。随着炉膛高度增加 ， 燃烧在主燃区 上 方扩展 ， 中 心 低 温 区逐 渐 减 小 ， 形 成 向上 延 伸 的高 温 区。 由于炉 内为 轴 向空气 分 级 燃 烧 结 构 ， 主燃 区 内为 缺 氧 燃 烧 ， 造 成 煤 粉 燃 烧 不 充 分 ， 高 温 火焰 区上 移 且 靠 近 s OF A 风 区 域 。工 况 1投 运 5 层 燃尽 风较 工 况 2投 运 3层 燃 尽 风 时 ， 在 炉 内的空 气分 级程 度更 大 。因此 ， 在 图 3中可 明显 看 到工 况 l整体火 焰 位置 高于 工况 2 。 图 4为 不 同工 况 随 炉膛 高 度 截 面 平 均温 度 变化 。 图 4 炉 内横截 面沿炉膛 高度平均 温度分 布 由图 4可 知 ， 对 于工 况 1 ， 主 燃 区 内 ， 随着 煤 粉 的逐级 投 入 ， 温 度 不 断 升 高 。 由于 一 、 二 次 风 交替投入炉膛且二次风具有一定 的冷却作用 ， 使 主燃 区内 温 度 呈 现 锯 齿 型 变 化 。炉 膛 内整 体 为 空气 分级 燃 烧 结 构 ， 主 燃 区 内为 富燃 低 氧 燃 烧 ， 温度 峰值 在 1 7 0 0 K 以下 。由 于热 力 型 NO 主 要在温度 1 8 0 0 K 以上大量生成。因此， 主燃 区 内热 力 型 NO 生 成 量较 少 。随着 C C F A 的投 入 ， 伴 随煤 粉 的继续 燃 烧 ， 截 面 温 度 快速 上 升 ， 随 后受 C C OF A的冷却作用 ， 温度又逐渐降低 。当 S 0 F A 投入 后 ， 对 烟气 的 冷 却 作 用 较 强 ， 截 面 温 度逐渐下降 ， 降至 1 4 2 0 ． 3 K。燃尽后期 ， 部分煤 粉燃 尽 释放热 量大 于 S O F A 的冷却 作 用 ， 温 度开 始 回升 ， 峰值 温度 达 1 5 4 5 ． 1 K， 随 后 烟气 温 度开 始 回落 ， 降至 1 3 7 8 ． 9 K。对 于 工 况 2 ， 由于在 主 燃 区 内投 入 风 量 较 多 ， 燃 烧 得 以 强化 ， 在 炉 膛 内 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 锅 炉 技术 第 4 5卷 整体温 度水 平 大 都 高 于 工 况 1 ， 主燃 区 内温 度 峰 值 达 到 1 7 2 7 ． 8 K， 燃 尽 区 内 温 度 峰 值 达 到 1 50 9 ．1 K 。 3 ． 2 炉 内氧量 分布 图 5为不 同工况下炉内截 面 平均浓度分 布。 放量 。 3 ． 3 炉 内 C O浓 度分布 图 6为炉膛 纵 截面 C O浓 度分 布 。 65 6 O 5 5 5 0 45 惶 40 3 5 3 O 25 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 截面平均C O 浓度， ％ 0 1 2 3 4 5 6 图 6 炉膛截 面 C O浓度沿炉膛高度分 布 截面平均氧量， ％ 图 5 炉内横截面 。 平均浓度沿炉膛高度分布 由图 5可 知 ， 对 于工 况 1 ， 主燃 区内 ， 一 、 二次 风间 隔布 置 ， 一 次 风 内 煤 粉 燃 烧 消 耗 大 量 氧 气 ， 而二次风的补氧作用明显又使得截面氧量升高 ， 在图 5中具体表现为锯齿状分布。随着 C C O F A 风 的加入 ， 炉 内氧量 将 逐 渐 升 高至 2 ． 5 。C C O F A不仅 与 S F A 组合 实 现对燃 烧 区域过 量 空 气 系数的多级控制， 由于 C C O F A 的布置可使主燃 区 内过量 空气 系数 降低 ， 主燃 区 内未 燃 尽 煤 粉 量 增加 ， 紧邻 主 燃 区 内 C C OF A 的喷 人 可促 进 煤 粉 的燃 尽 。研究 表 明 ， 随着 C C OF A 开 度 的增 大 ， 炉 内 NO 生 成 量 以 及 飞 灰 含 碳 量 都 有 所 降 低 ] 。 此 后 ， 随着煤 粉 的继 续燃 尽 ， 氧浓 度 又 逐 渐 降 低 。 S OF A 风 的加 入 ， 氧 量 又 陡 升 至 5 ． 5 。随 着 煤 粉 的燃尽 ， 氧量 又有 所 回落 ， 最后 稳定 在 2 ． 7 左 右 。主燃 区 内 的 低 氧 环 境 将 有 效 的 抑 制 炉 内 NO 的生 成 。对 于 工况 2 ， 由于进 入 主 燃 区 内 的 空气量 较 多 ， 氧浓 度 水平 高于 工 况 1 。 同时表 明 ， T况 2中的主燃 区 内煤 粉燃 烧 较 为 充分 ， 区 域 内 温度水平较高 ， 这将有利于热力型和燃料 型 NO 的生成。还原区内， 工况 2的氧浓度还略高于工 况 1 。随着 S OF A 风 的投 入 ， 由 于 工 况 2中 S 0一 F A风量较小 ， 燃尽 区内氧浓度峰值迅速 回落至 4 ． 5 左 右 。因此 ， 在 燃尽 区及 以上 区 域 ， 工 况 1 的氧浓 度 明显高 于工 况 2 。对 于工况 l ， 较 低 的主 燃 区内氧量 以及 较 高 的燃 尽 区 内 氧量 ， 增 大 了整 个 炉膛 内 的空气 分级 程 度 ， 这 将 有 利 于抑 制 主 燃 区内 NO 的生 成 ， 从 而 降 低 整 体 炉 膛 内 N O 排 由 图 6可知 ， 对 于工 况 1 ， 主燃 区内为 低 氧燃 烧 ， C o 生成浓 度 较 高 且 峰 值 可 达 到 7 ． 5 左 右 ， 较高 的还 原 性 气 氛 有 利 于 对 主 燃 区 内 已 生 成 的 燃料 型 NO 的还 原 。随着 C C OF A 和 S OF A 的 投入 ， C O迅 速 消耗 。对 于工 况 2 ， 由于 主 燃 区 内 投入 氧量 较 多 ， 煤 粉 不 完 全 燃 烧 程 度 有 所 改 善 ， C O生 成量 较少 ， 浓度 峰值 达到 5 ． 5 左右 且在 整 个 炉膛 区域 内的 C O浓 度水 平要低 于空气 分级 程 度 较大 的工 况 1 。 3 ． 4 炉 内 N O 分 布 图 7为 炉膛纵 截 面 NO 浓 度分 布 。 mo l e NO mo l eN a 工况 1 【 b 一 I一 况 l 图 7炉膛纵截面 NO 浓度分布 mo l ／ mo 1 由图 7可知 ， NO 伴随燃烧 主要在燃烧器喷 口附近 大 量 生 成 ， 受 炉 内较 高 的 还 原 气 氛 的 影 响 ， NO 在炉 膛 中心 又 被 大 量 还 原 ， 在 炉 膛 中心 处 的 NO 浓 度 较 低 。随 后 ， 由 于 S OF A 风 大 量 补 入 ， 伴 随焦 炭 后 期 的 燃 尽 ， N O 的生 成 又有 所 反 弹 且 直 至 炉 膛 出 口 N 浓 度 维 持 在 2 0 0 1 0 左 右 。这表 明 ， 燃 烧过 程 中 NO 的生 成受 空 ∞ 如 加 ∞ 加 Ⅲ， 惺巡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 白 涛 ， 等 6 0 0 Mw 切圆锅炉 L N C F S系统低 N O 燃烧特 性数 值研 究 3 9 气分级措施 的影响， 生成量 已并 不是很大 ， 主燃 区 内的低 温 低 氧 还 原 性 气 氛 有 效 的抑 制 了燃 烧 过 程 中 NO 的 生成 ， 而 煤 粉 燃尽 过 程 中 的 NO 生 成还 没有得 到很 好 的抑 制 ， NO 生 成量 又 有 所 增加。对于工况 2 ， 由于主燃区内氧量较高 ， 煤粉 燃 烧 不 完 全 程 度 减 小 ， 伴 随 煤 粉 生 成 N0 量 增 大 ， 从 而 也 使 得 炉 膛 出 口最 终 的 NO 排 放 量 增大 。 图 8为截 面 NO 平 均浓度 沿 炉膛高 度分 布 。 65 60 55 50 45 o 35 3 0 2 5 2 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 截面平均N 0 浓度／ m g m 一 0 图 8截面 NO 平均浓度沿炉膛 高度分布 由图 8可 知 ， 对 于工 况 1由于 炉 内实 施 轴 向 空气 分级 燃 烧 ， 主燃 区 整体 内 氧 量 较 低 ， 还 原 性 气氛较 强 且燃 烧 器 出 口处 为上 浓 下 淡 的低 NO 燃烧 布 置 ， 降低 了燃 烧过 程 中 NO 的生 成 ， 只有 在二 次风 补 入后 ， NO 生 成 量 才 有 一 定 反 弹 ， 峰 值大 约为 1 7 5 mg ／ m。 。由此 可 知 ， 主燃 区 内低 温 还原 性气 氛有 利 于 还原 燃 烧 过 程 中 NO 的生 成 且将 N O 的浓度 控制在 7 5 mg ／ m。 ～ 1 7 5 mg ／ m。 的范围内。随着 C C O F A 的投入 ， 伴 随煤粉 的燃 烧 ， 部分 含 N 气 态 产 物 与 焦 炭 中 的 N 被 氧 化 生 成 NO ， 但 受 还 原 区 内 较 高 C O 浓 度 以及 C C O F A风 稀释作 用 的 影 响 ， No 浓 度 呈 先 增 加 后 下 降的趋势 。主燃 区内较低的过量空气系数 ， 不仅 有利 于还 原燃烧 过 程 中 NO 的生 成 ， 由于进入 主 燃 区 内空 气量 的减 少 ， 也 使得 主燃 区内烟 气 以及 煤 粉颗粒 流速 降低 ， 在主 燃 区及 还 原 区 内 的停 留 时 间延长 ， 还原 区 内 C O及 焦炭 对 No 的还原 作 用 时 间 延 长 ， 使 此 区域 内 的 N0 浓 度 进 一 步 降 低 。随着 大量 S OF A 风 的补 人 ， S O F A 风 的稀 释 作 用使 NO 浓度 有所 降低 ， 随后 由于焦 炭在 富氧 条件下 的燃烧 ， 焦 炭 中 NO 得 以进 一 步生成 。由 于燃尽后 期 氧化性 气氛 较 高 ， N O 生成 没 有得 到 较 好 的抑 制 ， 使燃 尽 后 期 的 N0 浓 度 出现 反 弹 ， 到达炉膛 出 口处 ， NO 浓 度最 终稳 定在 3 1 7 ． 5 mg ／ m。 。而对 于 工 况 2 ， 由于 进 入 主 燃 区 内氧 量 较多 ， 煤粉 燃烧 过程 中 ， NO 生成 量 也 较 大 ， 从 而 使炉 膛 内整 体 NO 浓 度 高 于 工 况 l ， 炉 膛 出 口 NO 浓度 为 3 4 3 ． 3 mg ／ m。 。这 也 表 明 ， 对 于 采用 L NC F S的低 NO 燃烧 系统 ， 主要 通 过 控 制 主燃 区内燃 烧 过程 中 NO 的 生 成来 降低 最终 的 N O 排 放 ， 而 对 于 燃 尽 区 内 ， 焦 炭 燃 尽 后 期 所 生 成 No 还没 有得 到较 好控 制 。 由上述分 析可 知 1 对 于具 有 S 0 F A深度 空气分 级低 N 『 燃 烧结构 的锅炉 ， 主燃 区内温度 低 于l 8 0 0 K， 可减少 热力型 N 的生成量 ； 主燃 区 内氧量 低于 3 ， C o 含量为 5 ～7 ， 低 氧还 原性 气 氛 较好 的抑 制 了 燃烧过程 中 N 的生成 ， 使 主燃 区内 N 生成 量 控制在 7 5 mg ／ n 1 3 ～2 O 0 mg ／ m。 的范 围内 。 2 还原 区内， N 浓度继续降低 ， 表 明 C O和 焦炭对 已生成 的 N q 具有较好 的还原 效果 ， 使 还原 区内 N 浓度可由 2 5 0 mg ／ m 3 降至 1 7 5 m g ／ m 3 。 3 燃 尽 区 内 ， 由于高速 S O F A 的集 中送入 ， 增 强 了焦炭 与空 气 的混 合 ， 在 促进 焦 炭 燃 尽 的 同 时 ， 也 促 进 了 焦 炭 中 NO 的 生 成 ， NO 浓 度 由 1 7 5 mg ／ m。反 弹 至 3 1 7 ． 5 mg ／ m。 。 由于 所 处 气 氛 氧浓度 较高 ， 对 焦炭 NO 的生 成没 有得 到较好 的抑制。文献E 9 1 0 ] 的数值计算结果也都表明 对 于超 临 界 以及 超超 临 界 的大 型 机 组 燃 尽 区 内 NO 的具 有较 大 的 反 弹且 影 响 了炉 膛 出 口 NO 的排放 浓度 。因此 ， 焦 炭燃 尽 过程 中生 成 的 NO 增 加 了炉膛 出 口 NO 的浓 度 ， 这 也抵 消 了部分 主 燃 区 以及还 原 区对降低 NO 生 成 的效果 。 4 结 语 采 用 I NCF S低 NO 深度 空 气 分 级 燃 烧 系 统 ， 主燃 区内低温 、 低 氧 还原 性 气 氛 ， 有 利 于 抑 制 主燃 区内 NO 的 生 成 ， 并 将 主 燃 区 内 N 浓 度 控 制在 2 0 0 mg ／ m。 ， 到达 炉 膛 出 口 ， 最 终 NO 的 浓度可 稳 定 在 3 1 7 ． 5 mg ／ m。 。表 明该 系 统 可 以 较 好 的抑制 炉 内燃烧 过程 中 N0 的生成 。 对 于具 有 S O F A 深 度空 气 分 级低 NO 燃 烧 结构的锅 炉， 燃尽风率 已高达 3 0 ， 继续抑制主 燃 区 内 NO 生成 效 果 的 空 间并 不 是很 大 。而 对 于燃 尽后 期 ， 焦 炭燃 尽过程 释放 N 浓 度较 高且 对最终 炉膛 N 排放 产 生较 大影 响 。因此 ， 研究 抑制焦 炭燃 尽 阶段 NO 的释放 量 ， 可进一 步降低 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 锅 炉 技 术 第 4 5 卷 炉 内 NO 的排 放 。 参考 文献 [ 1 ]武雪芳．火电厂大气污染物排放标准编制说明[ R ] ．北京 中 国环境科学研究 院， 2 0 0 9 ． E 2 ]宁新宇 ， 岳峻峰 ， 梁绍华 ， 等． 国产 6 6 0 Mw 超超 临界燃煤锅 炉特性 分析及 性 能 试验 研 究 [ J ] ． 热 能 动力 工 程， 2 0 1 1 ， 2 6 4 4 1 5 41 9 ． [ 3 ]孟凡敬． 3 5 0 MW 四角切圆煤粉炉燃烧及 NO 排放的数值模 拟[ D ] ．大连 大连理工大学 ， 2 0 0 9 ． E 4 3郭永红． 超细粉再燃低 N O 燃烧 技术 的数值模 拟与 实验研 究E D ] ．北京 华北电力大学 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ]陶文铨． 计算传热学的近代进展E M] ．北京 科学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 6 ]岑可法． 燃烧理论与污染控制[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 7 ]潘维 ， 池作 和， 斯东波 ， 等． 2 0 0 MW 四角切圆燃烧 锅炉改造工 况数值模拟E J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 5 8 1 1 0 1 1 5 ． [ 8 ]陆方． 切圆煤粉锅炉低 NO 燃 烧技术 的研究与应用 [ D] ．上 海 上海交通大学 ， 2 0 0 9 ． [ 9 ]马斌． 大型超 临界、 超超 l临界锅炉低 NO 燃烧 系统研究 [ D ] ． 杭 州 浙 江 大 学 ， 2 0 0 7 ． [ 1 O ]斯东波． 超细煤 粉再燃和 深度空气 分级技术 的试验 研究 与 数值模拟[ D] ．杭州 浙江 大学 ， 2 0 0 8 ． Nu me r i c al I n v e s t i g at i o n o n t h e Ch a r a c t e r i s t i c o f L o w N O Co mb u s t i o n i n a 6 0 0 MW T a n ge n t i a l B oi l et BAI Ta o， Ke y La b or a t or y S UN Ba o mi n g， KANG Z h i z h o n g， GUO Yo n g h o n g， XI NG J i n g of Co nd i t i o n M on i t or i n g a nd Co nt r ol f or Po we r Pl a nt Eq ui pme n t ，M i ni s t r y of Edu c a t i o n No r t h Ch i n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ，Be i j i n g 1 0 2 2 0 6，Ch i n a Abs t r a ct The i nf l u x，c o mbu s t i o n a n d NO e m i s s i on we r e s t u di e d on t he di f f e r e nt di s t r i bu t i o n of o v e r f i r e a i r by nu me r i e a l s i m ul a t i o n． Nume r i c a l r e s ul t s s h ow t ha t t he NOe m i s s i o n c a n b e c o n t r o l l e d b e l o w 4 0 0 mg ／ m。 6 O2 ，t h e c o mb u s t i o n s y s t e m o f LNC FS c a n i n h i b i t t he NO e mi s s i o n be t t e r ． De e p a i r s t a gi n g c a n c on t r o l t he f i na l NO e m i s s i on by i nh i bi t i ng t he v ol a t i l e NO i n t he pr i ma r y c o mbus t i o n z o ne，b ut t h e c ha r NO wa s c o nt r o l l e d by t he d e e p a i r s t a gi n g wor s e ． W i t h t h e bu r n o ut o f r e ma i n i ng pu l v e r i z e d c o a l ，t he i nc r e a s i ng o f NO e mi s s i o n i s t h e ma i n r e a s o n o n i nf l u e n c i n g t he f i na l NO e mi s s i o n． Ke y wor d s t a ng e n t i a l bo i l e r ； N0 e m i s s i o n； c ha r 上 接 第 2 2页 E v a l u a t i on o f t h e He a t Tr a n s f e r P e r f o r ma n c e o f Tr i ． s e c t or R ot a r y Ai r P r e h e a t e r Ba s e d o n ASME P TC 4． 3 CHEN Xu n，DU AN Xu e ～ no ng Hun a n El e c t r i c Po we r Cor po r at i o n Re s e a r c h I ns t i t ut e， Ch a ngs h a 41 0 00 7，Chi na Ab s t r a ct Th e he a t t r a ns f e r pe r f or m a n c e o f t r i ～ s e c t o r r ot a r y a i r p r e h e a t e r wa s c o mpr e he n s i v e l y i n ve s t i g at e d c o ns i de r i ng t he i nf l u e nc e s o f c o a l qu a l i t y，f l ow r a t e，a m b i e n t t e m p e r a t u r e a nd l o a d v a r i a t i on ． By ap pl y i n g t he s t a nd a r d o f ASM E PTC 4． 3 t o t he t r i s e c t o r r o t a r y a i r p r e he a t e r ，a n i n de x e v a l u a t i o n s ys t e m i nc l ud i ng ga s s i de e f f i c i e nc y，c a l c ul a t e d ga s t e mpe r a t u r e l e a vi ng a i r he a t e r c o r r e c t e d f o r n o a i r l e a ka ge，X r a t i o a nd e xi t g a s t e mpe r a t
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