شماره ركورد
23542
پديد آورنده
سينا خرم پور
عنوان
بررسي فرآيند احتراق گاز طبيعي و انتشار گازهاي آلاينده در بويلر نيروگاه بخار
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1397-1399
تاريخ دفاع
1399/11/27
استاد راهنما
دكتر سپهر صنايع
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در پژوهش حاضر، با استفاده از روش مدلسازي CFD، فرآيند احتراق در يك بويلر گازسوزِ 250 مگاواتي و از نوع احتراق رو در رو، مورد بررسي قرار گرفته است. براي شبيهسازي دقيقتر فرآيند احتراق گاز طبيعي، از مكانيزم 4 مرحلهاي JL استفاده شده و اندركنش شيميايي و توربولانس در جريان واكنشي، با مدل توسعهيافتهي اضمحلال گردابه (EDC)، مدلسازي شده است. در مدل تهيهشده براي مشعلها، براي شبيهسازي دقيقتر فرآيند احتراق و شكل شعلهها، ابعاد و محل دقيقِ قرارگيري نازلهاي گاز طبيعي، محل ورودِ جريانهاي هوا و همچنين، تأثير پرههاي چرخشيِ هدايت كنندهي جريان، لحاظ گرديده است. تشكيل NOx، با استفاده از مكانيزم زلدويچ، مكانيزم فوري و مكانيزم گونهي مياني N2O، مدلسازي شده و از روش PDF، براي درنظر گرفتن تأثير آشفتگيِ جريان بر تشكيل NOx، استفاده شده است. پس از اعتبارسنجي مدل CFD، تأثير تغيير پارامترهاي مختلفي همچون نسبت هوا به سوخت و شدت چرخش جريانِ مشعلها، بر كيفيت احتراقِ بويلر و انتشار آلايندهها، به منظور بهينهسازي فرآيند احتراق، مورد تحليل قرار گرفته است. در نهايت، روشي جديد بهمنظور بهينهسازي احتراق، بر مبناي استفادهي تركيبي از سيستمهاي OFA و FGR، ارائه گرديده است. نتايج نشان دادند كه بهازاي نسبت هوا به سوخت 17/6368، راندمان احتراق كوره، به بالاترين مقدار (96/32 درصد) ميرسد، اما غلظت NOx در خروجي كوره، به ppm 273/83 افزايش مييابد. همچنين، نتيجه شد كه با كاهش نسبت هوا به سوخت به 17/122، ميتوان با كمترين كاهشِ راندمان كوره (0/95 درصد كاهش)، انتشار NOx را تا حداكثر 45/96 درصد كاهش داد. بر اساس نتايج CFD، بهينهترين نسبت چرخش جريانِ مشعلها، براي بهبود پايداري شعلهها، كاهش آسيبديدگي واتروالها و كاهش 4 درصدي توليد NOx، مقدار 0/6 محاسبه شد. همچنين، نتايج مدلسازي CFD نشان داد كه اگر كلِ جريان تزريق شده از نازلهاي OFA و FGR، شامل 35/95 درصد RFG و 64/05 درصد هوا باشد، شرايط بهينه براي كاهش انتشار اكسيدهاي نيتروژن، بدون افت راندمان احتراق و دماي گازهاي خروجي از كوره، حاصل ميگردد و تحت اين شرايط، مقدار توليد NOx به مقدار 57/43 درصد در مقايسه با طرح اوليهي بويلر، كاهش مييابد.
تاريخ ورود اطلاعات
1399/12/23
عنوان به انگليسي
Investigation of Natural Gas Combustion Process and Emission of Pollutant Gases in the Steam Power Plant Boiler
تاريخ بهره برداري
2/6/2022 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سينا خرم پور
چكيده به لاتين
In the present study, using the CFD modeling method, the combustion process in a 250 MW gas-fired boiler with opposed firing combustion has been investigated. The natural gas combustion process has modeled with the 4-step JL mechanism. The chemical and turbulence interaction in the reaction stream are modeled with the EDC model. In the created model for the burners, the exact dimensions and location of the gas nozzles, the inlet path of air streams, as well as the effect of the swirling vanes, have been considered. The thermal, prompt, and N2O-intermediate reactions are used for more accurate simulations of NOx generation. After validating the CFD model, the effect of changing various parameters such as air-to-fuel ratio and swirl ratio of burners flow on boiler combustion quality and pollutant emissions has been analyzed to optimize the combustion process. Finally, a new method has been proposed to optimize the combustion process based on the combination of OFA and FGR systems. Results show that for the air-fuel ratio of 17.6368, the combustion efficiency of the furnace reaches the highest value (96.32%), but the NOx concentration at the furnace outlet increases to 273.83 ppm. Also, it is concluded that by reducing the air-to-fuel ratio to 17.122, NOx emissions can be reduced by 45.96% with a little reduction in furnace efficiency (0.95% reduction). Based on the CFD results, the optimum swirl ratio is calculated to be 0.6 to improve flame stability, reduce overheating damage, and reduce NOx production by 4%. CFD results show that if the total injected flow from OFA and FGR nozzles contains 35.95% RFG and 64.05% air, the optimum condition for reducing NOx emissions, without decreasing the combustion efficiency and temperature of the exhaust gases at the furnace outlet is obtained. Under this condition, the amount of NOx is reduced by 57.43% compared to the initial design of the boiler.
كليدواژه هاي فارسي
ديناميك سيالات محاسباتي , احتراق گاز طبيعي , نسبت چرخش , نسبت هوا به سوخت
كليدواژه هاي لاتين
CFD simulation , Natural gas combustion , swirl ratio , air-fuel ratio