【摘要】：我國稠油資源豐富,隨著稠油熱采技術(shù)的成熟,全國燃油注汽鍋爐數(shù)量迅猛增長。近年來我國對環(huán)境保護(hù)逐漸重視,鍋爐大氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,并且目前國內(nèi)在用燃油注汽鍋爐燃燒器主要以進(jìn)口為主,因此開發(fā)國內(nèi)自主品牌的低氮氧化物燃油注汽鍋爐燃燒器具有重要的意義。本文設(shè)計(jì)了一種適用于燃油注汽鍋爐的低NOx旋流燃燒器,并對新型燃燒器進(jìn)行冷態(tài)的數(shù)值計(jì)算、冷態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證、熱態(tài)試驗(yàn)以及工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)全過程,研究低NOx燃燒器的燃燒性能與氮氧化物排放情況。通過數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)葉片旋流強(qiáng)度對空氣動(dòng)力場的影響較小,但隨著一次風(fēng)葉片角度的增加,最大回流速度增加,為延長油霧在回流區(qū)的停留時(shí)間,本文選擇一次風(fēng)葉片角為35°。而二次風(fēng)旋流強(qiáng)度對空氣動(dòng)力場的影響較大,隨著二次風(fēng)旋流強(qiáng)度的增加,回流區(qū)長度和直徑均增大,但二次風(fēng)葉片角較大時(shí),壁面附近出現(xiàn)局部的速度較高區(qū)域,易造成火焰燎管,綜合考慮二次風(fēng)葉片角選擇35°。各次風(fēng)配比的不同對空氣動(dòng)力場的影響主要體現(xiàn)在隨著燃盡風(fēng)比例的增加,回流區(qū)長度減小,最大回流速度從-8m/s降低至-6m/s左右,但通過比較軸向速度時(shí)發(fā)現(xiàn),但燃盡風(fēng)比例適當(dāng)增加后,近壁面的風(fēng)速存在一定程度的降低,有利于維持火焰形狀。中間直流風(fēng)對回流區(qū)影響較大,當(dāng)直流風(fēng)速在60m/s以上后,回流區(qū)被直流風(fēng)破壞。本文還通過冷態(tài)試驗(yàn)研究了中間射流風(fēng)速對空氣動(dòng)力場的影響,驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的正確性。通過熱態(tài)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),過量空氣系數(shù)α由1.15降低至1.05可以實(shí)現(xiàn)NOx排放降低,但是當(dāng)α繼續(xù)降低時(shí)便會(huì)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象,煙囪冒黑煙。中間直流射流風(fēng)能夠延緩一二次風(fēng)混合,從而降低了燃燒初期的氧量和溫度,達(dá)到降低尾部煙氣中的NOx含量效果,但射流風(fēng)速過大會(huì)破壞爐膛內(nèi)的流場結(jié)構(gòu),引起燃燒不完全甚至燃燒“飛邊”現(xiàn)象。采用50m/s的中間射流風(fēng)能夠?qū)崿F(xiàn)完全燃燒,并使尾部煙氣中的NOx含量降低了10%。另外燃燒區(qū)噴水對降低燃燒溫度具有一定的作用,煙氣再循環(huán)降低NOx排放效果明顯,采用20%的再循環(huán)煙氣率可以降低31.4%的NOx排放。采用低NOx燃燒器最終將煙氣中的NOx排放從最初的891mg/m3(折算為Ф(O_2)=3.5%)降低至508mg/m3(折算為Ф(O_2)=3.5%),最終實(shí)現(xiàn)降低NOx排放達(dá)42.9%。根據(jù)熱態(tài)試驗(yàn)情況,對燃燒器進(jìn)行了部分的修改,且結(jié)合勝利油田現(xiàn)場鍋爐情況制作了工業(yè)應(yīng)用燃燒器,在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)中,本文設(shè)計(jì)的燃燒器減少NOx排放29.4%,且鍋爐各運(yùn)行參數(shù)均滿足要求。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK223.23

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