空气分级富氧燃烧NO_x排放的数值模拟

论文摘要

富氧燃烧具有提高理论燃烧温度,强化炉内传热,降低烟气排放量,增加热量利用率,节约燃料等优点,但是由于富氧燃烧的火焰温度高,导致燃烧氮氧化物产生量大幅度提高,应该说富氧燃烧的火焰高温引起氮氧化物大幅度增加是严重制约其广泛应用的因素之一。而空气分级燃烧是将燃烧用的空气分两次通入燃烧区,从而使燃烧过程分两个阶段完成,避免高温区过于集中,因而氮氧化物排放浓度显著降低。正是基于此原因,本文提出将富氧燃烧和空气分级燃烧技术的优点结合起来,可能取的较好的效果。目前,国内对此项工作的研究极为有限,相应的试验和数值计算都很少见,很多问题等待进一步的解决。本文正是为了弥补这一不足,运用计算机进行数值模拟,对空气分级富氧燃烧的NOx排放特性进行研究。首先对流体流动、传热传质和燃烧过程的各种数学模型及NOx生成的模拟方法进行全面综述及分析,找出适合富氧燃烧的数值模拟方法。在此基础上,运用流体分析软件FLUENT对空气分级燃烧器进行数值模拟。空气中的氧含量、分级燃烧的一次风和二次风的比例以及空气过剩系数都对氮氧化物生成有着重要的影响,为此,本文分别模拟了氧浓度、二次风与一次风的比例和空气过剩系数变化对氮氧化物排放量的影响。通过对结果的进一步分析得出最佳的二次风比例、空气过剩系数等关键参数控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国钢铁企业能源问题
• 1.2 富氧助燃技术的优点
• 1.2.1 提高燃烧区的火焰温度
• 1.2.2 加快燃烧速度,促使燃烧完全
• 1.2.3 降低燃料的燃点温度和燃尽温度
• 1.2.4 减少燃烧后的排气量
• 1.2.5 增加热量利用率
• 1.2.6 降低空气过剩系数
• 1.3 富氧方法简介
• 1.3.1 深冷分离法
• 1.3.2 变压吸附法
• 1.3.3 膜分离法
• 1.3.4 各种富氧方法的经济性比较
• 1.4 富氧燃烧在加热炉的应用现状
• 1.5 燃烧数值模拟的发展
• 1.6 论文的主要工作
• X的生成机理及控制技术'>第二章 NO_X的生成机理及控制技术
• 2.1 氮氧化物的危害
• 2.1.1 氮氧化物对人类的影响
• 2.1.2 对森林和作物生长的影响
• X对全球气候变化的影响及对臭氧层的破坏'>2.1.3 NO_X对全球气候变化的影响及对臭氧层的破坏
• X的生成机理'>2.2 NO_X的生成机理
• X（Thermal NO_X）'>2.2.1 热力型NO_X（Thermal NO_X）
• X（Prompt NO_X）'>2.2.2 快速型NO_X（Prompt NO_X）
• X（Fuel NO_X）'>2.2.3 燃料型NO_X（Fuel NO_X）
• x控制技术'>2.3 NO_x控制技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 数值模拟的理论模型
• 3.1 基本守恒方程
• 3.2 气相湍流流动模型
• 3.3 气相湍流燃烧模型
• 3.3.1 非预混燃烧模型
• 3.3.2 预混燃烧模型
• x生成的数学模型'>3.4 NO_x生成的数学模型
• x输运的控制方程'>3.4.1 NO_x输运的控制方程
• x的形成'>3.4.2 热力型NO_x的形成
• x模型'>3.4.3 快速型NO_x模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 空气分级燃烧器的数值模拟
• 4.1 Fluent软件简介
• 4.2 Fluent数值模拟的基本过程
• 4.3 分级燃烧器的几何模型
• 4.4 模拟工况
• 4.4.1 氧浓度变化的工况
• 4.4.2 二次风的比例变化的工况
• 4.4.3 过剩空气系数变化工况
• 4.5 数值模拟过程
• 4.5.1 计算区域及网格划分
• 4.5.2 定解条件
• 4.5.3 求解方法
• 4.5.4 边界条件
• 4.6 燃烧模拟结果及分析
• X排放的影响'>4.6.1 氧含量变化对NO_X排放的影响
• X排放的影响'>4.6.2 二次风比例变化对NO_X排放的影响
• X排放的影响'>4.6.3 空气过剩系数对NO_X排放的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢