低NOx天然气燃烧器的数值模拟研究

作     者：潘书婷 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴方钦

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：燃烧器 空气分级燃烧 数值模拟 低NOx排放 

摘      要：氮氧化物作为主要的大气污染物,对环境的污染极大。随着近年来钢铁行业越来越严格的NO排放标准要求,降低NO排放刻不容缓。相较于其他低氮燃烧技术,设计新型低氮燃烧器,从经济性和操作性都更有优势。本文基于空气分级燃烧技术,研究了一种低NO空气多级燃烧器;采用fluent软件对燃烧器进行数值分析;进行燃烧器热态试验,采用与数值模拟相同的燃烧工况,对数值模拟进行验证,以证明数值模型的准确性;在此基础上利用数值模型分析多级空气分配比、不同空气过量系数、空气预热温度以及烟气循环量等参数对该燃烧器的燃烧情况和NO的影响。数值研究结果表明,(1)将燃烧器的一、二级风口面积从原始结构增加至20%时,即一、二级风量之和占总风量之比从原来的15.4%增加到17.8%时,生成NO浓度从124 mg/m减少至53 mg/m(换算成8%的O浓度),继续增大一、二级风口面积至原始结构的30%,NO浓度不再继续减少,而是回升到95 mg/m,将一、二级风口面积从原始结构减小至20%时,生成NO浓度增加到351 mg/m,最终可以得到燃烧器的最佳一、二级风与三级风配比为21.68%,即一、二级风量之和占总风量的17.83%,在该多级风配比的情况下,烟气NO可降低至53 mg/m;(2)降低空气过量系数也可减少NO生成,空气过量系数为1.1左右时,可以在保证燃料充分燃烧的情况下,NO生成量较低,为53 mg/m;(3)空气预热温度的升高会加剧NO生成,当空气预热温度从25℃升高至700℃时,烟气中NO浓度增加到1221 mg/m,但提高空气预热温度一定程度上提高了燃烧室温度均匀性;(4)当对助燃空气进行预热燃烧时,采用烟气循环的方法进一步降低烟气NOx,随着烟气循环量的升高,生成的NO逐渐降低,当空气预热温度为450℃时,烟气循环量与天然气流量比值需达到25:75,生成的NO浓度可以降低至130 mg/m以下;(5)对空气进行预热后,其最佳空气系数随预热温度的增加而减小,当预热温度为450℃时,其最佳空气系数为0.9。