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学位论文
烟气自循环加热炉内燃烧特性和 NOx 排放研究
杜荣
指导教师姓名: 吴晋湘教授河北工业大学
申请学位级别: 硕士学科、专业名称: 热能工程
论文提交日期: 2011 年 12 月论文答辩日期: 2011 年 12 月
学位授予单位:河北工业大学
答辩委员会主席:
评阅人:
2011 年 12 月
Dissertation Submitted to
Hebei University of Technology
for
The Master Degree of
Thermal Power Engineering
Research bustion and NOx Emission of Flue Gas
Auto-Circulation Furnace
by
Du Rong
Supervisor: Prof. Wu Jinxiang
December 2011
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河北工业大学硕士学位论文
烟气自循环加热炉内燃烧特性和 NOx排放研究
摘要
本文就空气预热温度对烟气自循环燃烧过程的影响进行了模拟研究,结果发现,空
气预热温度的提高有利于整个炉膛内的温度分布均匀化。并且 NOx 生成浓度随着预热空
气温度的升高而增大,预热空气温度小于等于 1100K 时,最高摩尔 NOx 分数只有 103ppm,
符合污染物排放标准,一旦预热空气温度超过 1100K,NOx 的生成量将急剧升高。因此
空气预热温度并不是越高越好,根据本课题的研究,空气预热温度一般控制在 900K~
1100K 左右为最佳。
本文还对不同预热空气温度下时使用烟气自循环燃烧装置和不使用烟气自循环燃
烧装置时进行了模拟对比研究。模拟发现,使用烟气自循环燃烧器,炉膛入口氧浓度可
降低至 10%左右,避免了普通扩散燃烧引起的局部高温区,并形成了弥散燃烧,使得炉
膛内的温度分布更加均匀化,炉内温差降低,火焰的边界几乎可以扩展到炉膛的边界处,
NOx、CO2 等污染物的排放也远远小于普通式扩散燃烧。
本文还对炉膛入口氧浓度变化对燃烧过程和 NOx 污染物的影响进行了数值模拟研
究。结果表明:随着炉膛入口氧浓度的降低,火焰温度、炉膛温度均呈现降低趋势,NOx
排放量也逐渐降低。当空气中氧含量过高时,可通过改变引射量,使炉膛入口氧浓度降
低,减小炉内温差,使得炉膛温度分布更加均匀,并有效降低 NOx 排放量。
本文对烟气自循环燃烧技术和高温空气燃烧技术进行了三维模拟对比,发现高温空
气燃烧火焰头部有明显的纺锤形状,而烟气自循环燃烧在整个炉膛内进行,形成了弥散
燃烧,火焰温度分布更均匀,火焰的边界几乎扩展到了炉膛的边界。并且在相同空气预
热温度下,高温空气燃烧生成的 NOx 的浓度要远远大于烟气自循环燃烧技术生成的 NOx
浓度。
本文还对本课题组之前设计的间壁式换热器进行了数值模拟研究,为了能够得知间
壁式换热器能否达到现有换向式蓄热体的效率,对其与现有换向式蓄热体进行了对比模
拟研究,并对其尺寸进行了优化设计。
关键词:烟气自循环,无烟气自循环,空气中氧含量,陶瓷换热器,高温空气燃烧
技术,NOx排放浓度
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烟气自循环加热炉内燃烧特性和 NOx 排放研究
RESEARCH BUSTION AND NOX EMISSION OF
FLUE GAS AUTO-CIRCULATIONFURNACE
ABSTRACT
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