第36卷第8期 北京科技大学学报 Vol.36 No.8 2014年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2014 W型辐射管低NO,排放的数值研究 冯俊小12)，姜敏四，曹亚平”，陈艳梅”，吴启明》，向顺华 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)北京科技大学北京高校节能与环保工程研究中心，北京100083 3)京诚风凰工业炉工程技术有限公司，北京1001764)宝钢研究院，上海201900 ☒通信作者，E-mail:jiangminl9901224@163.com 摘要为解决W型辐射管NO,排放过高的状况，运用数值计算的方法，研究了具有两级空气分级的W型辐射管NO,排放 情况，经验证，模型可靠.探讨了不同稀释剂、分级稀释以及高温稀释情况下对NO,排放的影响规律.分析以N,和CO2作为稀 释剂的区别，发现以CO,作为稀释剂更能抑制NO,生成，在保证火焰稳定的情况下适当增加稀释体积分数可以使出口NO.降 低到4×105以下.通过采用分级稀释，发现二级风与一级风相比，更能减少N0,排放.通过高温预热空气添加稀释剂的模 拟，发现即使空气预热温度达到1000℃以上，也可以通过增加稀释体积分数将出口N0,控制排放在1×10~4以下. 关键词气体燃烧：辐射管：氮氧化物控制：数值分析 分类号T℉055 Numerical investigation on the low NO,emission of W-shaped radiant tubes FENG Jun-xiao),JIANG Min),CAO Ya-ping,CHEN Yan-mei,WU Qi-ming,XIANG Shun-hua 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Engineering Research Center for Energy Saving and Environmental Protection,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083, China 3)CERI Phoenix Industrial Fumace Corporation,Beijing 100176,China 4)Baosteel Research Institute,Shanghai 201900,China Corresponding author,E-mail:jiangmin19901224@163.com ABSTRACT To cope with the high NO,emission problem of W-shaped radiant tubes,the influence of diluents in two-stage air combustion on the NO,emission of W-shaped radiant tubes was investigated numerically.Calculation results coincide well with data obtained from experiments.The analysis was carried out for 3 cases:different diluents,stepwise dilution,and diluents together with high temperature air.Compared to diluting with N,diluting with CO,produces less NO,.It can reduce the NO,emission blow 4x 10by increasing the diluted volume fraction under the condition of ensuring flame stabilization.By stepwise dilution,the secondary air contributes more to NO,reduction than the primary air.The NO,emission can be controlled under 1x10by increasing the diluted volume fraction,even if the temperature of preheated air reaches above 1000C. KEY WORDS gas combustion:radiant tubes:nitrogen oxide control:numerical analysis 随着节能减排工作的深入进行，工业炉燃烧给 性和热效率上更有优势，但燃气燃烧必然会产生大 环境带来的影响也备受重视。据不完全统计，目前 量的氮氧化物，污染大气环境，危害人类健康，所以 应用于我国钢铁行业的辐射管有60000多根，且需 对于燃气辐射管来说，一项重要的环境指标就是氮 求量逐年增加，具有相当广阔的市场前景.燃气辐 氧化物排放量.近年来的研究表明，高温空气结合 射管以一次能源为燃料，相比电加热辐射管在经济 低氧燃烧是实现降低氮氧化物排放的有效手 收稿日期：2013-09-23 基金项目：“十二五”国家支撑计划资助项目(2011BAE13B09) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.08.016:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 8 期 2014 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 8 Aug． 2014 W 型辐射管低 NOx 排放的数值研究 冯俊小1，2) ，姜 敏1) ，曹亚平1) ，陈艳梅1) ，吴启明3) ，向顺华4) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学北京高校节能与环保工程研究中心，北京 100083 3) 京诚凤凰工业炉工程技术有限公司，北京 100176 4) 宝钢研究院，上海 201900  通信作者，E-mail: jiangmin19901224@ 163． com 摘 要 为解决 W 型辐射管 NOx 排放过高的状况，运用数值计算的方法，研究了具有两级空气分级的 W 型辐射管 NOx 排放 情况，经验证，模型可靠． 探讨了不同稀释剂、分级稀释以及高温稀释情况下对 NOx 排放的影响规律． 分析以 N2和 CO2作为稀 释剂的区别，发现以 CO2作为稀释剂更能抑制 NOx 生成，在保证火焰稳定的情况下适当增加稀释体积分数可以使出口 NOx 降 低到 4 × 10 － 5以下． 通过采用分级稀释，发现二级风与一级风相比，更能减少 NOx 排放． 通过高温预热空气添加稀释剂的模 拟，发现即使空气预热温度达到 1000 ℃以上，也可以通过增加稀释体积分数将出口 NOx 控制排放在 1 × 10 － 4以下． 关键词 气体燃烧; 辐射管; 氮氧化物控制; 数值分析 分类号 TF 055 Numerical investigation on the low NOx emission of W-shaped radiant tubes FENG Jun-xiao1，2) ，JIANG Min1)  ，CAO Ya-ping1) ，CHEN Yan-mei1) ，WU Qi-ming3) ，XIANG Shun-hua4) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Beijing Engineering Ｒesearch Center for Energy Saving and Environmental Protection，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083， China 3) CEＲI Phoenix Industrial Furnace Corporation，Beijing 100176，China 4) Baosteel Ｒesearch Institute，Shanghai 201900，China  Corresponding author，E-mail: jiangmin19901224@ 163． com ABSTＲACT To cope with the high NOx emission problem of W-shaped radiant tubes，the influence of diluents in two-stage air combustion on the NOx emission of W-shaped radiant tubes was investigated numerically． Calculation results coincide well with data obtained from experiments． The analysis was carried out for 3 cases: different diluents，stepwise dilution，and diluents together with high temperature air． Compared to diluting with N2，diluting with CO2 produces less NOx ． It can reduce the NOx emission blow 4 × 10 － 5 by increasing the diluted volume fraction under the condition of ensuring flame stabilization． By stepwise dilution，the secondary air contributes more to NOx reduction than the primary air． The NOx emission can be controlled under 1 × 10 － 4 by increasing the diluted volume fraction，even if the temperature of preheated air reaches above 1000 ℃ ． KEY WOＲDS gas combustion; radiant tubes; nitrogen oxide control; numerical analysis 收稿日期: 2013--09--23 基金项目: “十二五”国家支撑计划资助项目( 2011BAE13B09) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 08． 016; http: / /journals． ustb． edu． cn 随着节能减排工作的深入进行，工业炉燃烧给 环境带来的影响也备受重视． 据不完全统计，目前 应用于我国钢铁行业的辐射管有 60000 多根，且需 求量逐年增加，具有相当广阔的市场前景． 燃气辐 射管以一次能源为燃料，相比电加热辐射管在经济 性和热效率上更有优势，但燃气燃烧必然会产生大 量的氮氧化物，污染大气环境，危害人类健康，所以 对于燃气辐射管来说，一项重要的环境指标就是氮 氧化物排放量． 近年来的研究表明，高温空气结合 低氧燃烧是实现降低氮氧化物排放的有效手