大型超临界、超超临界锅炉低NOx燃烧系统研究

煤炭是我国最主要的一次能源，这决定了我国电力工业以煤电为主的格局。然而煤的燃烧将导致严重的环境污染问题，燃煤电站的污染物排放已成为我国目前最主要的大气污染源。高参数超临界和超超临界机组具有效率高、污染物排放少的特点，是我国发展洁净煤发电技术的优先选择。本文主要围绕600MW超临界和1000MW超超临界机组的低NO_x燃烧系统开展了一系列研究。在煤粉锅炉中，一次风粉的均匀分配是防止炉内结渣、高温腐蚀，降低不完全燃烧损失的需要，也是实现低NO_x燃烧的前提条件。在直吹式制粉系统中，主要通过煤粉分配器实现一次风粉的均匀分配。本文采用试验和数值模拟相结合的方法对百万千瓦级超超临界锅炉配套的煤粉分配器进行了详细的研究，对比分析了分配器前弯管的安装角度、入口直管长度等因素对分配效果的影响，得出当弯管与分配器成90度安装，且竖直布置分配器时可以获得比较理想的分配效果。本文应用计算机数值模拟技术研究了1000MW超超临界锅炉内的流动、燃烧和NO_x的生成情况，并对不同工况下的飞灰含碳量进行了对比分析。本文所研究的1000MW锅炉采用单炉膛双切圆的燃烧方式，并运用低NO_x同轴燃烧技术(LNCFS)来降低NO_x的排放。数值模拟结果表明：单炉膛双切圆的燃烧方式既保留了单切圆燃烧的所有优点，同时还能获得均匀的炉内空气动力场和热负荷分配，降低炉膛顶部区域的烟速和烟温偏差；LNCFS系统采用炉内径向和轴向空气分级相结合的燃烧技术，NO_x排放量可以降到300mg／Nm~3(折算到6％氧量)以下；采用分离布置燃尽风SOFA系统后，主燃区处在较强的还原性气氛下，局部热负荷偏高区域的水冷壁有可能发生高温腐蚀；采用空气分级技术时，对主燃区和SOFA风区的风量分配进行合理优化，可以在降低NO_x排放的同时提高煤粉燃尽率。目前国产的600MW超临界机组已在全国范围内大量投产运行，这些机组采用了先进的低NO_x旋流或直流燃烧技术，取得了节能减排的显著效果。为了掌握超临界机组低NO_x燃烧系统的技术特点和运行特性，本文对国内现役的两台600MW机组进行了燃烧调整及性能试验，这两台机组分别采用了低NO_x轴向旋流燃烧(LNASB)和低NO_x同轴直流切向燃烧系统(LNCFS)。试验结果表明，这两种燃烧系统都能实现提高低负荷稳燃能力和燃烧效率，同时降低NO_x排放的目标。通过试验还得出了锅炉较佳的运行控制参数，为指导锅炉运行提供了科学依据。文中还对其中一台锅炉的燃烧和NO_x生成情况进行了数值模拟，模拟结果与燃烧试验的结果基本吻合。