燃油注汽锅炉低NO_x旋流燃烧器特性试验研究

发布时间：2020-05-04 10:44

【摘要】：我国稠油资源丰富,随着稠油热采技术的成熟,全国燃油注汽锅炉数量迅猛增长。近年来我国对环境保护逐渐重视,锅炉大气排放标准日趋严格,并且目前国内在用燃油注汽锅炉燃烧器主要以进口为主,因此开发国内自主品牌的低氮氧化物燃油注汽锅炉燃烧器具有重要的意义。本文设计了一种适用于燃油注汽锅炉的低NOx旋流燃烧器,并对新型燃烧器进行冷态的数值计算、冷态试验验证、热态试验以及工业应用试验全过程,研究低NOx燃烧器的燃烧性能与氮氧化物排放情况。通过数值计算发现一次风叶片旋流强度对空气动力场的影响较小,但随着一次风叶片角度的增加,最大回流速度增加,为延长油雾在回流区的停留时间,本文选择一次风叶片角为35°。而二次风旋流强度对空气动力场的影响较大,随着二次风旋流强度的增加,回流区长度和直径均增大,但二次风叶片角较大时,壁面附近出现局部的速度较高区域,易造成火焰燎管,综合考虑二次风叶片角选择35°。各次风配比的不同对空气动力场的影响主要体现在随着燃尽风比例的增加,回流区长度减小,最大回流速度从-8m/s降低至-6m/s左右,但通过比较轴向速度时发现,但燃尽风比例适当增加后,近壁面的风速存在一定程度的降低,有利于维持火焰形状。中间直流风对回流区影响较大,当直流风速在60m/s以上后,回流区被直流风破坏。本文还通过冷态试验研究了中间射流风速对空气动力场的影响,验证数值计算的正确性。通过热态试验研究发现,过量空气系数α由1.15降低至1.05可以实现NOx排放降低,但是当α继续降低时便会出现燃烧不稳定现象,烟囱冒黑烟。中间直流射流风能够延缓一二次风混合,从而降低了燃烧初期的氧量和温度,达到降低尾部烟气中的NOx含量效果,但射流风速过大会破坏炉膛内的流场结构,引起燃烧不完全甚至燃烧“飞边”现象。采用50m/s的中间射流风能够实现完全燃烧,并使尾部烟气中的NOx含量降低了10%。另外燃烧区喷水对降低燃烧温度具有一定的作用,烟气再循环降低NOx排放效果明显,采用20%的再循环烟气率可以降低31.4%的NOx排放。采用低NOx燃烧器最终将烟气中的NOx排放从最初的891mg/m3(折算为Ф(O_2)=3.5%)降低至508mg/m3(折算为Ф(O_2)=3.5%),最终实现降低NOx排放达42.9%。根据热态试验情况,对燃烧器进行了部分的修改,且结合胜利油田现场锅炉情况制作了工业应用燃烧器,在工业应用试验中,本文设计的燃烧器减少NOx排放29.4%,且锅炉各运行参数均满足要求。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK223.23

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本文编号：2648421