高炉煤气锅炉富氧燃烧技术及仿真研究

【摘要】：摘要：资源合理循环利用,降低污染物的排放量,走可持续发展之路,是企业在生产过程中追求利益之余需要考虑的首要任务。冶炼钢铁的过程中产生的高炉煤气,是一种清洁能源。但由于其热值低,烟气量大,燃烧效率偏低,使得高炉煤气没有得到充分合理的利用。而富氧助燃技术可以有效降低烟气的排放量、提高锅炉的燃烧温度、强化炉内传热。因此,对高炉煤气锅炉实施富氧燃烧技术改造,对锅炉的安全经济稳定运行具有显著的工程实际意义。 本文针对某企业220t/h高炉煤气锅炉热效率低、燃烧不稳定、低负荷稳定能力差等问题,利用企业富余的氧气资源,对原有高炉煤气锅炉实施富氧燃烧技术改造。基于合理利用氧气资源和高炉煤气锅炉富氧燃烧的安全性和经济性原则,设计了220t/h高炉煤气锅炉富氧燃烧系统；采用Fluent软件对多种工况下燃烧器内的速度场、氧气浓度场和温度场进行了数值模拟,对富氧燃烧器进行了优化设计；对该锅炉实施富氧前后不同工况下的速度场、温度场、浓度场进行了仿真实验；并通过热态测试考察锅炉富氧燃烧技术改造的实际运行效果。 通过富氧燃烧技术改造后,排放的烟气量大约减少了12%；炉膛温度提高50K,传热效果明显增强；炉膛出口处NOx浓度降低3.8%；燃料消耗减少3.6%,炉内未完全燃烧损失减少1.5%,锅炉运行热效率提高3.23%；经济效益和环境效益显著。 【关键词】：高炉煤气锅炉 富氧燃烧 燃烧器 数值模拟 优化
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK229.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 富氧燃烧特性10-12
• 1.3 富氧燃烧技术国内外发展现状12-14
• 1.3.1 国外发展情况12-13
• 1.3.2 国内发展情况13-14
• 1.4 气体燃烧器的研究现状14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 2 220t/h高炉煤气锅炉富氧燃烧方案设计16-23
• 2.1 锅炉主要设计参数16
• 2.2 燃烧器结构及参数16-17
• 2.3 燃气和空气流量计算17-19
• 2.4 方案流程19-21
• 2.5 安全性分析21
• 2.6 本章小结21-23
• 3 燃烧器的数值模拟23-35
• 3.1 物理模型及网格划分23-25
• 3.1.1 物理模型23-24
• 3.1.2 网格划分24-25
• 3.2 数学模型25-32
• 3.2.1 基本的控制方程25-26
• 3.2.2 湍流流动模型26-28
• 3.2.3 辐射模型28-29
• 3.2.4 燃烧模型29-31
• 3.2.5 NOx生成模型31-32
• 3.3 边界条件及求解方法32-34
• 3.3.1 边界条件32-34
• 3.3.2 求解步骤34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 富氧燃烧器结构优化35-46
• 4.1 工况设计35
• 4.2 结果分析35-45
• 4.2.1 速度场分布结果及分析35-37
• 4.2.2 燃烧器出口处氧气浓度场分布结果及分析37-41
• 4.2.3 炉膛温度场分布结果及分析41-45
• 4.3 本章小结45-46
• 5 富氧燃烧仿真及应用效果分析46-62
• 5.1 炉内速度场分布结果及分析46-48
• 5.2 温度场分布结果及分析48-51
• 5.3 O_2浓度分布结果及分析51-52
• 5.4 壁面热负荷分布结果及分析52-54
• 5.5 NOx分布结果及分析54-55
• 5.6 锅炉热平衡试验55-59
• 5.6.1 主要测试方法及要求56
• 5.6.2 高炉煤气工业分析56-58
• 5.6.3 试验工况58
• 5.6.4 试验结果及分析58-59
• 5.7 经济环境效益分析59-61
• 5.7.1 经济效益分析59-60
• 5.7.2 环境效益分析60-61
• 5.8 本章小结61-62
• 6 结论与建议62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 建议62-64
• 参考文献64-68
• 发表论文和参加科研情况68-69
• 致谢69

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