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本课题针对某电站电站锅炉NOx生成过程,采用CFD软件对其过程进行了模拟,并在模拟的基础上对炉膛内部的场结构进行了图形处理和分析。
数值模拟的结果分析表明：纯烧煤350MW,氧量4％,采用空气分级的方法,在燃烧器区域的上方增加OFA喷口,分别对OFA占总风总量的0％,5％、10％、15％四种工况进行数值模拟。随着OFA投入风量的增加,炉膛出口处烟气中的的NOx含量降低。工况OFA5％NOx比OFA0％降低12.5％,OFA10％比OFA5％降低11.2％,OFA15％比OFA10％降低3.47％。保持空气分级,使OFA占-次风总量的10％,并加入燃料分级,在F层COG喷口喷入COG作再燃燃料,分别对无COG加入10Km3/h、20Km3/h、30Km3/h的COG这四工况进行数值模拟。COG10比无COG时降低9.17％的的NOx,COG20比COG10多降低28.38％,但继续增加COG量,NOx排放反而有所增加,COG30与COG20相比,NOx排放增加了19.59％,所以COG20工况可最大程度降低NOx,降幅28.38％。维持空气分级和燃料分级,OFA 10％,COG20,分别在F层COG喷口和OFA喷口喷入还原剂NH3,并使得NH3/NO为1:1。在F层COG喷口喷入NH3,NOx排放浓度比不喷NH3时降低6.13％；在OFA喷口喷入NH3,NOx降低9.9％。所以在OFA喷口喷入NH3,同时维持空气分级和燃料分级,是控制NOx排放的有效方案。
场结构图形处理部分：运用图形处理软件对炉膛内模拟的截面进行处理。处理可知,在变OFA工况下,随着OFA风量占总风量依次为0％,5％,10％,15％,K层NOx面积分数最大区间390ppm-470ppm(0％).310ppm-390ppm(5％,10％,15％),对应的面积分数分别为38.7％,53.6％,46.9％和44.9％；KK层NOx面积分数最大区间390ppm-470ppm(0％),310ppm-390ppm(5％,10％,15％),对应的面积分数分别为41.3％,56.5％,44.9,47.5; OFA层NOx面积分数最大区间400ppm-450ppm(0％),300ppm-350ppm(5％,10％,15％),对应的面积分数分别为77.3％,77.6％,52.1％,58.6％。
在图形处理基础上,结合分形几何学,计算各截面等NOx浓度线的分形维数。在变OFA工况下,随着OFA风量占总风量依次为0％,5％,10％,15％,K层等NOx浓度线分形维数分别为1.32,1.21,1.06,1.02;KK层等NOx浓度线分形维数分别为1.06,1.05,1.05,1.03;OFA层等NOx浓度线分形维数分别为1.11,1.23,1.27,1.35。
在OFA10％基础上,增加及改变COG量的工况,当COG量0 Km3/h,10Km3/h、20Km3/h、30Km3/h,K层等NOx浓度线分形维数分别为1.33,1.24,1.06,1.03;KK层等NOx浓度线分形维数分别为1.18,1.13,1.11,1.13:COG层等NOx浓度线分形维数分别为1.02,1.05,1.11,1.13;OFA层等NOx浓度线分形维数分别为1.07,1.07,1.04,1.01。
在COG20工况基础上,分别在COG层和OFA层投氨后,按照COG20,NH3(COG层)),NH3(OFA层))工况,K层等NOx浓度线分形维数分别为1.06,1.05,1.05;KK层等NOx浓度线分形维数分别为1.11,1.13,1.12;COG层等NOx浓度线分形维数分别为1.11,1.16,1.11;OFA层等NOx浓度线分形维数分别为1.04,1.01,1.06。