بررسي فرآيند احتراق گاز طبيعي و انتشار گازهاي آلاينده‌ در بويلر نيروگاه بخار

كارشناسي ارشد

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.

195886

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر سپهر صنايع