高炉煤气锅炉富氧燃烧技术应用研究

【摘要】：钢铁工业是高能耗行业,存在巨大的节能潜力,合理利用高炉煤气是钢铁企业节能减排的重要方向之一。实践证明燃烧高炉煤气发电是行之有效的途径。然而由于高炉煤气成份随高炉工况变化而波动较大,并且具有热值低、燃烧困难等特点,导致高炉煤气锅炉燃烧不稳定、热效率偏低。因此,开展高炉煤气锅炉燃烧技术研究,寻求提高高炉煤气锅炉燃烧稳定性和提高热效率的技术措施,对我国钢铁企业的节能减排具有重要的现实意义。 本文针对国内某钢铁企业自备电厂220t/h燃烧高炉煤气锅炉,在查阅大量文献的基础上,借助计算机数值模拟技术,对高炉煤气锅炉采用富氧燃烧技术进行了深入的研究,并根据理论研究成果对该锅炉进行了富氧燃烧技术改造,实现了高炉煤气锅炉的稳定燃烧和高效运行,取得了显著的经济效益和社会效益。 本文的主要研究内容有：(1)在实炉上进行了锅炉冷态动力场试验,全面了解了锅炉管路及阀门等冷态流动特性,掌握了炉内气流冷态动力特性。为锅炉热态运行和富氧燃烧技术改造提供参考依据。(2)利用计算机仿真技术对锅炉富氧燃烧过程的流场和温度场进行了数值模拟,模拟结果表明,当加入氧气量少时,富氧燃烧效果不明显,而当加入氧气量过高时,炉内温度升高过大,有可能会锅炉安全运行带来影响,模拟结果为锅炉进行富氧燃烧改造提供了理论依据。(3)在实炉上进行富氧燃烧的热态测试试验,对富氧燃烧技术改造前后的锅炉运行进行了比较,结果显示富氧燃烧技术改造后,炉内温度增加了50K左右,炉内锅炉未完全燃烧损失较少了1.5%,热效率提高了3.23%。实践证明,富氧燃烧技术应用能显著提高高炉煤气锅炉的燃烧稳定性,有效强化炉内换热,提高锅炉热效率,产生很好的经济和社会效益。 【关键词】：高炉煤气锅炉 富氧燃烧 数值模拟 冷态试验 热态试验
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK224.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符号说明10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 论文背景及意义12-13
• 1.2 高炉煤气性质13-14
• 1.2.1 高炉煤气物理性质13
• 1.2.2 高炉煤气的燃烧特性13-14
• 1.3 高炉煤气锅炉现状及发展方向14-15
• 1.4 高炉煤气锅炉富氧燃烧技术应用现状15-17
• 1.4.1 富氧燃烧技术简介15-16
• 1.4.2 富氧燃烧技术应用现状16-17
• 1.5 高炉煤气锅炉燃烧过程数值模拟研究概述17-19
• 1.5.1 计算燃烧学概述17-18
• 1.5.2 高炉煤气锅炉燃烧过程的数值模拟18-19
• 1.6 本文主要研究内容19-20
• 第二章 锅炉冷态动力场试验20-39
• 2.1 冷态模化原理20-23
• 2.1.1 相似理论20-21
• 2.1.2 冷态模化理论21-22
• 2.1.3 模化方法及模化条件的确立22-23
• 2.2 锅炉系统概述23-25
• 2.2.1 锅炉概况23-24
• 2.2.2 锅炉主要设计参数24
• 2.2.3 锅炉燃料特性24
• 2.2.4 燃烧器设计参数24-25
• 2.2.5 主要辅助设备25
• 2.3 风机挡板特性试验25-30
• 2.3.1 送风机挡板特性试验25-28
• 2.3.2 引风机挡板特性试验28-30
• 2.4 风门挡板特性试验30-35
• 2.5 炉内气流流动特性试验35-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第三章 锅炉富氧燃烧的数值模拟39-60
• 3.1 数学模型39-47
• 3.1.1 基本守恒方程39-41
• 3.1.2 气相湍流流动模型41-43
• 3.1.3 气相湍流燃烧模型43-45
• 3.1.4 辐射换热模型45-47
• 3.2 物理模型及其网格划分47-49
• 3.2.1 模拟对象及其简化47-48
• 3.2.2 模型网格的划分48-49
• 3.3 模拟工况49
• 3.4 边界条件的设置49-51
• 3.5 模拟结果及分析51-57
• 3.5.1 速度分布结果及分析51-53
• 3.5.2 温度分布结果分析53-56
• 3.5.3 锅炉壁面热流分布结果及分析56-57
• 3.6 富氧燃烧模拟结果对比57-58
• 3.7 本章小结58-60
• 第四章 锅炉富氧燃烧技术改造及热态燃烧试验60-74
• 4.1 富氧燃烧技术改造方案60-63
• 4.1.1 改造方案设计60-62
• 4.1.2 设备选型62
• 4.1.3 安全性评价62-63
• 4.2 热平衡测试63-64
• 4.2.1 测试目的63
• 4.2.2 试验内容及方法63-64
• 4.2.3 测试条件及要求64
• 4.2.4 测试工况64
• 4.3 锅炉热平衡计算64-67
• 4.3.1 热平衡计算方法64-65
• 4.3.2 锅炉输入热量65
• 4.3.3 锅炉有效利用热65-66
• 4.3.4 锅炉各项热损失66-67
• 4.3.5 锅炉热效率67
• 4.4 试验期间煤气工业分析67-68
• 4.5 锅炉热态试验结果及分析68-71
• 4.5.1 锅炉常规工况运行结果及分析68-69
• 4.5.2 锅炉富氧燃烧运行试验结果及分析69-71
• 4.6 锅炉富氧燃烧效益分析71-72
• 4.6.1 经济效益分析71-72
• 4.6.2 环境效益分析72
• 4.7 本章小结72-74
• 第五章 结论及建议74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间主要的研究成果80-81
• 致谢81

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