应用CFD技术分析炼厂瓦斯对NOx排放量的影响.pdf

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1、应用CFD技术分析炼厂瓦斯对NOx排放量的影响王永盛(中石化济南分公司动力车间, 山东 济南 250101)摘要：本文利用计算流体动力学CFD技术对炼化企业产生的瓦斯的燃烧过程进行了建模和计算，得到了多组不同瓦斯组分含量下的燃烧结果。通过这些计算结果之间的对比，以及和天然气、解析气燃烧结果的对比，分析瓦斯组分含量的变化对NOx生成量的影响。关键词：计算流体动力学;CFD;Fluent;燃气燃烧器;氮氧化物1概况表1瓦斯组分及特性参数体积百质量混合气体动混合气混合气体1.1现况简介序组分分数分数力粘度η体密度ρ运动粘度ν号32Qjv%%Pa·s

2、kg/mm/s炼化企业催化和焦化等装置分馏系统产生的富气经吸收1CO0.621稳定系统“干化”和脱硫后变为炼厂干气(也称为瓦斯)，大部2H227.673.2分进入瓦斯系统作为燃料气，少部分焦化干气作为制氢原料。3CH435.3133目前，部分炼化企业已引入了天然气，一方面可为制氢提供原4C2H612.0021料，另一方面可为锅炉提供较为清洁的燃料气。5C3H80.982.5气柜是炼化企业的一个重要安全装置，接收生产装置的正6C4H100.491.5常工艺排放,以及事故状态下的紧急放空等，因此气柜内的瓦7C2H45.909.5斯成份较为复杂并且

3、变化幅度也较大。气柜内的瓦斯经压缩机3.31383E-060.764.36E-068C3H60.982.4加压送催化装置吸收和脱硫，然后再进入瓦斯系统，最终由动力锅炉和工艺加热炉等燃烧消耗，从而实现瓦斯的产耗平衡。9C4H80.130.410H2S0.00590.011.2研究目的11O22.995目前全国燃煤锅炉的脱硫脱硝改造已基本完成，所使用的12CO20.000技术(如SNCR、SCR)也已基本定型。对于燃气锅炉主流的脱13N213.0019.99销减排措施是低氮燃烧器LNB和烟气再循环技术。由于国内14H2O0.620.5在这方面的研

4、究起步较晚，一方面原有的锅炉结构限制住了燃烧器可改造的空间，另一方面还造成燃烧器结构的不确定性，3建立计算模型很难实现定型优化的目标，所以相对于国外产品而言国内产品本次研究所建立的CFD模型范围是燃烧器的头部及头部虽然价格较低但实际应用中脱硝效率不够高。本文以炼化企业外的空间，具有对称性、周期性的特点，可将计算区域沿轴积分。的瓦斯作为研究目标，通过对瓦斯燃烧结果的对比分析发现引在燃烧器入口处，燃料气经加热器预热至约80℃，助燃空起NOx偏高的因素。气经空预器预热至约110℃。根据流量和流道尺寸确定雷诺数、1.3燃气燃烧过程中NOx的形成机理简

5、介流速、水利直径、流速等参数。氮氧化物具有多种形式，燃烧生成的NOx中主要是NO和燃气入口和空气入口均设为速度进口(velocity-inlet)。NO2，其中NO2占5％～10％、NO占90％以上，而N2O只占1％使用FLUENT求解器，燃烧模型设为化学反应流容积模型，左右。按照NOx生成机理，一般分为热力型NOx、快速型NOx和采用Eddy-Dissipation湍流化学作用模型和标准k-ε方燃料型NOx三种。由于燃气组分中氮的有机化合物含量极少，程(StandardK—epsilonModel)，NOx模型选用热力型所以研究燃气NOx的

6、生成机理主要是研究热力型和快速型NOTermal、快速型Prompt和湍流交互模型，其中热力型NOx中的生成机理。[O]和[OH]分别采用局部平衡法partial-equilibrium，温度热力型NOx的生成机理是依据广义Zeldovich机理，它的PDF模型。最后经多次迭代计算，直至收敛。生成很大程度上又取决于温度。由于N2分子非常稳定，当温度4计算结果与分析＞1800K时NOx的形成才会比较显著。快速型NOx在富燃火4.1计算结果焰中最为普遍。燃料燃烧前先热裂解成CH、CH2、C2H等，它们再与N2反应生成胺和氰化物，这些化合物随后又反

7、应生成部分模拟计算结果如图1所示。NO。2研究对象根据历次瓦斯组分分析记录取各项平均值，具体数据如表1所示，从中可见在瓦斯气体中体积含量最多的组分依次是图1瓦斯燃烧NOx浓度场云图CH4、H2、N2、C2H6、C2H4。因此，逐项调整以上组分的体积百分比，对比分析当某一组分含量变化时对NOx生成量的影响。2016年01月

8、203理论·实践(3)N2的体积含量每减少3%，生成的NOx浓度减少约1.5%～3.67%。(4)C2H6的体积含量每减少3%，生成的NOx浓度可减少约3%～34%。当C2H6的体积含量小于6%时对NOx的变化量影响最大。(

9、5)C2H4的含量每减少3%，生成的NOx浓度可减少约19%～33%。5结语通过以上分析发现，H2、C2H6、C2H4的含量大小对瓦斯燃图2天然气燃烧NOx浓度场云