本書系統(tǒng)介紹了循環(huán)流化床燃燒及氮氧化物轉(zhuǎn)化過程的數(shù)學(xué)建模方法,構(gòu)建了流化狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)系,深人討論了各工藝和操作參數(shù)對NO生成與排放的作用機(jī)制,提出了基于低氮燃燒的超低排放技術(shù)路線,并展望了能源轉(zhuǎn)型下循環(huán)流化床燃燒低污染排放技術(shù)的重要意義與發(fā)展方向。
本書內(nèi)容豐富,深入淺出,涵蓋實(shí)驗(yàn)研究、模型分析和工程實(shí)踐3個層面,可作為高等院校能源與動力工程、環(huán)境工程、過程工程等專業(yè)高年級本科生和研究生的教材,也可為發(fā)電及環(huán)保等領(lǐng)域從事生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與管理工作的技術(shù)人員提供參考。
本書為清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文叢書,可作為高等院校能源與動力工、環(huán)境工程、過程工程等專業(yè)高年級本科生和研究生的教材,也可為發(fā)電及環(huán)保等領(lǐng)域從事生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與管理工作的技術(shù)人員提供參考。
對電力行業(yè)而言,實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的核心是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。然而,光伏、風(fēng)電等新能源的間歇性、波動性和隨機(jī)性,對電力系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。立足我國能源資源稟賦,發(fā)揮傳統(tǒng)能源特別是煤炭、煤電的調(diào)峰和兜底保供作用,是現(xiàn)階段構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系的唯一現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù)路線。這對煤電機(jī)組提出了更高的要求。
考慮到循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有全負(fù)荷調(diào)峰潛力,其在新型電力系統(tǒng)中有望發(fā)揮更大的作用。然而,隨著污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,為鞏固CFB燃燒低成本污染物排放控制的優(yōu)勢,需要進(jìn)一步分析各工藝或操作參數(shù)對NOx排放的影響規(guī)律,深度挖掘CFB的低氮燃燒潛力,從而促進(jìn)煤炭清潔高效利用。為此,本書在對含氮反應(yīng)動力學(xué)和CFB鍋爐氣固流動結(jié)構(gòu)深入分析的基礎(chǔ)上,通過化學(xué)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)建模分析工程驗(yàn)證3個層面遞進(jìn)敘述,與讀者共同探討CFB鍋爐氮氧化物排放特性與減排方案。
全書共分6章:
第1章為緒論,介紹本書的研究背景和目標(biāo),并對現(xiàn)有關(guān)于CFB燃燒條件下氮氧化物生成機(jī)理、排放特性、影響因素,以及相關(guān)模擬研究進(jìn)行了綜述,引出本書主要內(nèi)容;
第2章介紹了CFB燃燒條件下對燃料熱解和均相反應(yīng)的處理;
第3章圍繞焦炭、石灰石等表面異相反應(yīng)及氮氧化物轉(zhuǎn)化規(guī)律展開描述;
第4章介紹了CFB燃燒整體數(shù)學(xué)模型的基本架構(gòu)和控制方程,以及分區(qū)流動子模型與傳質(zhì)子模型的構(gòu)建方法;
第5章針對若干商業(yè)CFB鍋爐,分析了各操作條件對NOx排放的影響規(guī)律和作用機(jī)制,提出了通過工藝及操作參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)低成本NOx排放控制的技術(shù)路線;
第6章為全書總結(jié),列出了本書主要結(jié)論,并展望了雙碳目標(biāo)背景下CFB燃燒低污染排放技術(shù)的發(fā)展方向。
本書的研究工作得到作者導(dǎo)師清華大學(xué)能源與動力工程系呂俊復(fù)教授的傾心指導(dǎo)與幫助,并對本書的出版給予了大力支持。清華大學(xué)循環(huán)流化床課題組的各位老師和同學(xué),以及工業(yè)界眾多前輩朋友,在本人求學(xué)、工作及生活中提供了大量無私幫助,在此一并謹(jǐn)致謝忱。作者同時(shí)要感謝清華大學(xué)研究生院和清華大學(xué)出版社對本書出版的支持,感謝清華大學(xué)出版社的戚亞編輯對本書出版的重要貢獻(xiàn)。
限于作者對流化床燃燒技術(shù)的認(rèn)知水平,本書或有較多不妥之處,懇請讀者批評指正。
柯,|
2024年2月
柯希瑋,2021年畢業(yè)于清華大學(xué)能源與動力工程系。主要從事流化床燃燒及多相流數(shù)學(xué)建模、燃煤污染物排放控制、生物質(zhì)能源利用等研究工作。提出了多種實(shí)現(xiàn)硫氮污染物原始超低排放的技術(shù)措施并已在火電行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用,突破了煤電行業(yè)普遍采用的煙氣污染物先產(chǎn)生再凈化的控制路線。主持承擔(dān)NL實(shí)驗(yàn)室重大科研專項(xiàng)課題、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、博士后科學(xué)基金面上資助等多個國家或省部級科研項(xiàng)目。曾獲行業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎2項(xiàng),近年來在SCI/EI收錄期刊上發(fā)表第一作者/通訊作者論文20余篇,擁有流化床燃燒技術(shù)相關(guān)專利7項(xiàng)、軟件著作權(quán)3項(xiàng),參編學(xué)術(shù)專著1部。
第1章緒論
1.1背景概述
1.2循環(huán)流化床燃燒NOx生成機(jī)理簡述
1.2.1燃料熱解及氮元素的遷移轉(zhuǎn)化
1.2.2揮發(fā)分氮轉(zhuǎn)化
1.2.3焦炭反應(yīng)及焦炭氮轉(zhuǎn)化
1.2.4其他床料表面異相催化反應(yīng)
1.2.5小結(jié)
1.3循環(huán)流化床燃燒NOx排放特性研究現(xiàn)狀
1.3.1燃料性質(zhì)
1.3.2床溫和鍋爐負(fù)荷
1.3.3氧量和還原性氣氛
1.3.4爐內(nèi)脫硫
1.3.5床料粒度
1.3.6小結(jié)
1.4循環(huán)流化床燃燒及NOx排放模型研究現(xiàn)狀
1.4.1計(jì)算流體力學(xué)方法和簡化模型
1.4.2化學(xué)動力學(xué)模型
1.5主要內(nèi)容
第2章燃料熱解和均相氮轉(zhuǎn)化分析與建模
2.1本章引論
2.2燃料熱解及氮元素分配
2.2.1模型建立
2.2.2煤熱解鼓泡床實(shí)驗(yàn)
2.2.3實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果討論
2.3均相反應(yīng)
2.3.1模型建立
2.3.2敏感性分析
第3章異相氮氧化物轉(zhuǎn)化分析與建模
3.1本章引論
3.2焦炭反應(yīng)及焦炭氮轉(zhuǎn)化
3.2.1模型建立
3.2.2焦炭反應(yīng)固定床實(shí)驗(yàn)
3.2.3固定床反應(yīng)器模型
3.2.4實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果討論
3.3石灰石和灰分表面反應(yīng)
3.3.1石灰石表面反應(yīng)
3.3.2灰分表面催化反應(yīng)
第4章循環(huán)流化床燃燒整體數(shù)學(xué)模型
4.1本章引論
4.2模型整體結(jié)構(gòu)和基本方程
4.2.1循環(huán)流化床鍋爐流態(tài)分析
4.2.2模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)
4.2.3基本平衡方程
4.2.4模型求解方法
4.3分區(qū)流動和傳質(zhì)子模型
4.3.1密相區(qū)
4.3.2稀相區(qū)
4.3.3外置床
第5章循環(huán)流化床燃燒NOx排放預(yù)測與分析
5.1本章引論
5.2模型校驗(yàn)
5.2.1模擬對象
5.2.2模擬結(jié)果驗(yàn)證
5.2.3模型敏感性分析
5.3循環(huán)流化床燃燒NOx排放特性分析
5.3.1分離器效率
5.3.2給煤粒度和給煤位置
5.3.3過量空氣系數(shù)
5.3.4分級配風(fēng)
5.3.5爐內(nèi)脫硫
5.3.6鍋爐負(fù)荷
5.3.7煤種影響
第6章結(jié)論與展望
6.1主要結(jié)論
6.2研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄A循環(huán)流化床燃燒整體數(shù)學(xué)模型輸入輸出參數(shù)匯總
附錄B循環(huán)流化床燃燒整體數(shù)學(xué)模型中所用化學(xué)動力學(xué)機(jī)理匯總
附錄C循環(huán)流化床燃燒整體數(shù)學(xué)模型中關(guān)鍵氣固流動參數(shù)匯總