燃气锅炉烟气再循环低氮技术研究

摘要

随着国内燃气锅炉应用愈加广泛，国家对燃气锅炉排出尾气中NOX浓度的要求愈加严格。本文以实现燃气锅炉低氮排放为目的，针对0.35MW燃气热水炉开发了一种烟气再循环低氮锅炉系统，并研究烟气再循环技术对锅炉炉胆内燃气燃烧状况及氮氧化物生成的影响。主要是通过fluent仿真软件对炉胆内燃烧状况进行模拟，分析了锅炉负荷及过量空气系数对炉胆内燃烧的影响，以及循环烟气工艺参数对炉胆内温度场及氮氧化物生成量的变化。主要工作内容及结论如下： （1）针对常规燃气锅炉进行烟气再循环结构开发，基于烟气再循环技术和向炉膛内加水（蒸汽）低氮技术，开发了一种新型燃气锅炉烟气再循环结构方案，提出了采用空气加湿预热器结构，将两种低氮技术成功结合应用，不仅解决了烟气再循环技术在工程应用中水蒸气的冷凝问题，还能获得更佳的低氮效果。 （2）针对锅炉负荷及过量空气系数对炉胆内燃烧状况的影响进行数值模拟研究，结果表明：锅炉负荷每降低10%，氮氧化物生成量可减少5%左右；60%负荷下炉胆内火焰长度较100%负荷时短270mm左右，炉胆内燃烧温度降低38℃；相比于锅炉负荷，过量空气系数对炉胆内火焰长度的影响较小。相比100%负荷时，当锅炉负荷降低至80%，NOX生成量减少9.8%，当锅炉负荷降低至60%，NOX生成量减少21%，此时氮氧化物生成量为75.2mg/m3。 （3）针对循环烟气内组分及循环量进行研究，分析了烟气温度、组分及循环量对炉胆内温度场及氮氧化物生成量的影响。研究发现：循环烟气内的CO2及水蒸气能够增强炉胆内烟气的辐射换热，降低炉胆内的温度，增大烟气内CO2及水蒸气的量，能够减少氮氧化物的生成；循环烟气与空气混合后温度每降低20℃，炉胆内燃烧温度下降10℃左右，因此，循环烟气的取烟口应当选取在烟气温度较低的位置；每增加5%的循环烟气量，炉胆内燃烧温度下降40℃左右。当加入再循环烟气量为5%、10%、15%、20%、25%、30%时，其排放尾气中氮氧化物分别减少了17.3%、32.7%、44.0%、56.4%、64.5%、69.4%。 （4）当烟气再循环率为20%，混合气温度为380K，混合气体中水蒸气质量分数每增加1.7%，燃烧温度约下降12℃，氮氧化物生成量也逐渐降低；当水 蒸气质量分数上升至8.5%时，氮氧化物的浓度下降为29.5mg/m3。

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