燃油锅炉改烧高炉煤气的燃烧技术研究与数值模拟

【摘要】：我国钢铁生产规模世界第一，副产品高炉煤气产量特别巨大，回收高炉煤气替代企业动力锅炉的燃煤或燃油燃料，对降低钢铁企业能耗和减少锅炉排放污染具有特别重要意义。 高炉煤气热值极低，在锅炉中进行稳定燃烧有很大困难。实际燃烧中，常常出现燃烧不良，效率低下，甚至安全事故的发生。因此研究高炉煤气燃烧技术，设法提高其燃烧稳定性和燃烧效率是很有必要的。 本文以湘潭锅炉厂的一台燃油锅炉为改气研究对象，对锅炉改烧高炉煤气的燃烧技术进行了较深入的研究，获得了以下研究成果： (1)深入研究高炉煤气的燃烧特性和燃烧理论，充分吸收现有油改气研究成果，提出了燃油锅炉改烧高炉煤气的基本技术改造方案。 (2)在保持原锅炉本体结构基本不变的情况下，基于改烧后炉内流动、燃烧、传热、热力特性分析，提出了改烧后炉内各换热器的匹配与调整关系。确定燃烧器类型以及安装位置和个数；调整计算受热面积。 (3)通过改烧低热值高炉煤气后的炉内流动、燃烧和传热规律深入研究建立了基于CFD的燃油锅炉改烧高炉煤气计算机仿真研究模型。 (4)以提高改烧高炉煤气后锅炉的燃烧稳定性和燃烧效率为研究对象，应用仿真计算模型对锅炉改烧高炉煤气后进行结构参数和热工参数的研究分析，结果表明，当过量空气系数为1.20时，炉内平均温度和出口温度达到最大值；预热燃气对提高炉内的平均温度和最高温度比预热空气的效果要好；氧气浓度为30%时，煤气燃烧速度最快，出现高温对壁面的冲刷；采用环形喷嘴的湍动能要比孔型的强。 (5)对比各项分析结果，获得了优化的燃油锅炉改烧高炉煤气后结构调整方案和热工参数运行方案：过量空气系数为1.05；空气、燃气预热温度为900K、600K；氧气浓度为24%；采用环形结构喷嘴增强炉内换热。 本文是在对锅炉改烧高炉煤气的三维数值模拟很少的情况下，对高炉煤气的燃烧进行了全面的数值模拟。模拟结果不仅反映实际运行中存在的一些问题，也为锅炉改烧高炉煤气提供理论上的指导。 【关键词】：锅炉 改造 高炉煤气 燃烧技术 数值模拟
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外有关高炉煤气燃烧技术研究现状10-12
• 1.2.1 国外高炉煤气燃烧器的研究现状11
• 1.2.2 国内锅炉改烧高炉煤气的研究现状11-12
• 1.3 低热值煤气燃烧特性和燃烧技术12-18
• 1.3.1 高炉煤气的燃烧特性12-14
• 1.3.2 低热值煤气燃烧技术14-18
• 1.4 本文主要的工作内容18-20
• 第2章 燃油锅炉的改造方案与热力分析20-26
• 2.1 燃油锅炉改造背景20-21
• 2.2 燃油锅炉改造方案21-23
• 2.3 热力计算23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 高炉煤气燃烧过程的数值模拟26-38
• 3.1 物理模型26-27
• 3.2 数学模型27-30
• 3.3 网格划分、边界条件及求解方法30-32
• 3.3.1 网格的划分31
• 3.3.2 边界条件的确定31-32
• 3.3.3 求解方法32
• 3.3.4 点火源的定义32
• 3.4 数值仿真模型的验证32-37
• 3.4.1 数值仿真结果分析32-37
• 3.4.2 仿真结果验证37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 燃烧参数对燃烧过程影响的数值模拟38-53
• 4.1 热工参数对燃烧过程影响38-50
• 4.1.1 过量空气系数对燃烧的影响38-41
• 4.1.2 空气温度对燃烧的影响41-45
• 4.1.3 燃气温度对燃烧的影响45-47
• 4.1.4 氧气浓度对燃烧的影响47-49
• 4.1.5 最优热工参数下的模拟结果49-50
• 4.2 燃烧器喷嘴结构对燃烧的影响50-52
• 4.3 本章小结52-53
• 总结与展望53-55
• 总结53-54
• 展望54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58

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