2013年第5期（总第368期）
节
能
ENERGY CONSERVATION
高炉煤气锅炉富氧助燃的特性研究
张家元，陆绍远
（中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙410083）
摘要：以国内某钢铁企业220/h高炉煤气锅炉为研究对象，利用计算流体力学软件Fluent，简化了几何然构接型，在助燃空气量恒定情况下模拟了3种不同加氧量的高炉煤气锅炉炉内流动及燃烧过程，得到了锅炉炉内速度和温度分布。模拟结果表明：加入氧气后锅炉炉内气流动力场没有受到彩响，随看加入氧气量的增加，整个炉腔内烟气温度增加，火熔温度更为集中，高温区减小。在加入的氧气量仅为2000m/h时，炉内温度增加不明显，当加入氧气量达4000m/h后，炉内温度增加明显，烟气辐射特性增强，壁面热负荷值电有明显增加。当加入氧气量达到6000m/h时，炉睦墅面热负荷最大值达到103158W/m，燃烧器實口附近温度升高明星，燃烧器喷口附近温度过高有可能会对燃烧器产生烧损。
关键词：高炉煤气；锅炉；数值模拟；富氧燃烧
中图分类号：TK229.8文献标识码：A文章编号：10047948(2013)05-0015-07 doi;103969/j. issn, 1004 7948.2013.05.004
引言
为了可以更多地利用副产高炉煤气，全烧高炉煤气锅炉开始被设计制造并在钢铁企业自备电厂中运行。但是，由于高炉煤气自身的特点，使得高炉煤气锅炉在实际运行中存在着燃烧不稳定、热效率低等缺点]。富氧燃烧作为一种被广泛认可的新型燃烧技术，与普通空气助燃相比，具有以下特点：强化炉内传热，提高理论燃烧速度：降低燃料燃点，促进燃料的完全燃烧：降低空气系数，减少排烟量。钢铁企业通常都有富余的氧气资源，因而可以将富氧助燃技术运用于钢铁企业高炉煤气锅炉，提高高炉煤气的实际燃烧温度，从而提高锅炉热效率[2] 。
目前，国内对全燃高炉煤气锅炉运用富氧燃烧技术还比较少，处于起步阶段。很多钢铁企业均对其企业内燃烧高炉煤气锅炉进行了富氧燃烧技术改造的探讨和试验研究，结果表明：采用富氧燃烧技术，不仅能有效利用企业内富余氧气，而且可以较大幅度地减少锅炉空气消耗量和烟气生成量，减少烟气带走的热损失，从而能大大提高炉热效率(3-5)。
随着紊流理论和数值方法的发展，以此为基础的数值模拟日益成为各国能源动力领域研究炉内万方数据
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燃烧过程的重要手段[6]。就目前对国内外多炉内燃烧过程的了解，炉内全过程数值模拟计算是最能体现炉内燃烧、流动与传热细节的有利工具。
本文利用计算流体力学软件Fluent，通过对富氧助燃技术改造前后锅炉炉膛内的流动及燃烧情况进行比较分析，为高炉煤气锅炉富氧燃烧系统设计提供理论依据。
1数值模拟模型的建立 1.1物理模型
数值模拟的对象为某钢铁企业自备电厂220/h 燃气锅炉，该锅炉为中温中压、单汽包自然循环锅炉。锅炉燃料主要为高炉煤气，辅以焦炉煤气，其中高炉煤气占85%，焦炉煤气占15%。煤气成分如表1所示。
表1
组成 co,/% 0,/% cO/% CH,/% H,/% N,/% C,H,/%
热值/MJ·m-3
高炉煤气及焦炉煤气成分及热值
高炉煤气组分 16.8 0.5 22.4 0.2 2.94 57.26
3.214
焦炉煤气组分 10.6 0.6 17.4 10.2 29 32.24 0.26 9.08