平焰加热炉内燃料枪插入深度对氮氧化物排放影响的试验研究

摘要

本文较详细地介绍了自行研制的单烧嘴平焰燃气加热炉试验模型的设备及功能，确定了试验工况参数并制定了试验方案。在该试验模型基础上，依据试验方案组织了燃烧试验。试验分别测量了两组旋流器（S=1.76和1.84）时，燃料枪插入深度h分别为0.15m、0.07m、0.035m和0m四个位置的炉膛顶部（距烧嘴边缘的竖直距离为0.1m）烟气温度和尾部烟道烟气中Nox的排放浓度。在整理和分析试验数据的基础上，得出如下结论： （1）旋流数S=1.84的燃烧工况与S=1.76的燃烧工况相比，其炉膛顶部烟气峰值温度降低，局部高温区的宽度增加，回流区的宽度减小，温度分布更加均匀；整个燃烧加热过程，烟气中的Nox浓度的变化趋势基本一致，但前者烟气中Nox的浓度要比后者平均高出10ppm左右。由于该试验炉只配备了旋流数S=1.76和1.84两组旋流器，试验并没有做更多组旋流数工况下的燃烧试验，因此不能说增大旋流器的旋流数就可以降低烟气Nox排放。这是本试验的不足之处。 （2）随着燃料枪插入深度的降低，炉膛顶部烟气峰值温度和平均温度不断下降，最高温度出现的位置逐渐向炉壁一侧扩展，温度分布逐渐变得均匀，但火焰的加热能力也在逐渐下降；整个燃烧加热过程，烟气中Nox浓度的变化趋势是不同的，在燃烧中期烟气中的Nox浓度随燃料枪插入深度的减小而增加，但在燃烧末期烟气中的Nox浓度随燃料枪插入深度的减小而降低，且降低的幅度在增加。 （3）对于本试验加热炉模型，在保证平焰加热炉具有较高加热能力的同时，减少Nox排放的最佳燃料枪插入深度应在0.035-0.07m之间。 本论文的研究成果为平焰燃烧器内旋流器旋流强度的选取以及燃料枪插入深度的优化设计提供了试验数据，为进一步研究降低平焰燃烧加热炉内Nox的生成与排放技术提供了试验基础。