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收稿日期：2023-07-03 修回日期：2023-08-15 接受日期：2023-10-23
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2023年05期
近年来,天然气低氮燃烧技术层出不穷,然而单一低氮技术的控制效果始终有限。为实现天然气清洁燃烧和低氮排放,设计了一种集分级燃烧、旋流燃烧和烟气再循环等低氮技术于一体的新型低氮燃烧器,以降低燃烧过程中氮氧化物的生成和排放。建立了功率14 MW的燃烧器模型并对其进行数值模拟计算,分析了不同燃烧器结构和运行参数下燃烧器出口附近温度场、速度场以及氮氧化物(NO)浓度场,探究了混合气体旋流强度和二次风出口速度等因素对低氮燃烧性能的影响,优化该燃烧器的结构和运行参数使其达到最佳低氮性能。结果表明:优化前的燃烧器可使燃气在出口截面分布均匀并与空气充分混合,出口截面NO质量浓度已经低于30 mg·m^-3的低氮排放标准;燃气支管数量优化为8根时,高温区的集中度和氮氧化物的排放量最低,出口截面NO质量浓度低至7.61 mg·m^-3;一次风和燃气混合气体旋流强度S_0优化为0.6 时,出口截面NO质量浓度低至5.04 mg·m^-3,S_0越大,产生的旋流效果越好,炉膛内的烟气内循环效应越明显;二次风出口速度优化到15~30 m·s^-1范围内时,能形成“山”字型的氮氧化物分布特征,有效降低氮氧化物的排放,炉膛出口截面NO的平均质量浓度能够降至4.91 mg·m^-3。优化后的新型低氮燃烧可使NO接近零排放,为后续的实验和工程实践提供重要参考。
收起-褚恒, 王登辉, 吴锋, 等. 天然气燃烧器的低氮优化及数值模拟[ J]. 能源环境保护, 2023, 37(5):209-220.
CHU Heng, WANG Denghui, WU Feng, et al. Low-nitrogen optimization and numerical simulation of natural gas burners[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(5): 209-220.