天然气燃烧器的低氮优化及数值模拟
褚恒
王登辉
吴锋
黄钰坪
西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049
摘要：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S0优化为 0.6 时,出口截面NO质量浓度低至5.04 mg·m-3,S0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.
关键词：低氮燃烧天然气燃烧器分级燃烧旋流燃烧数值模拟
分类号：X701(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(51906193)
论文发表日期：2023-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 209-220 )
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