随着环保意识逐渐深入人民生活,铝工业大气污染逐渐受到人们越来越多的关注。在氧化铝生产过程中,氢氧化铝焙烧是最后一步,并且在氢氧化铝焙烧中往往使用高温焙烧,因此NO_x排放的关键部分是焙烧炉。主流氧化铝焙烧炉采用高温空气和燃料气扩散燃烧组织火焰,燃料可以是天然气、煤制气,或者它们的混合物。在预热空气温度600～750℃条件下燃烧,焙烧炉的NO_x排放介于150～300mg/m3。按照当前执行的《铝工业污染物排放标准》要求,应当降低NO_x到100mg/m3以下。焙烧炉的运行面临异常严峻的环保压力,低氮燃烧改造势在必行。本文针对现有焙烧炉的燃烧特点,提出了采用烟气再循环降低NO_x生成的思路,重点研究了煤制气和高温空气在烟气再循环燃烧中的掺混特性、燃烧特性和NO_x生成特性,设计了新的燃烧器结构,优化了燃烧器关键运行参数,获得了针对氧化铝焙烧炉的新的低氮燃烧改造方案。首先,为了全面了解焙烧炉系统的运行环境和运行参数,进行了改造前的摸底试验,掌握了现有燃烧系统中NO_x的生成情况、粉尘浓度与炉内温度分布,获得了NO_x排放浓度高的诱因所在。其次,通过三维建模,对焙烧炉气体燃烧过程进行了数值模拟,得到如下结果:炉内温度分布均匀性不好,易产生局部高温区,而这部分区域就是NO_x生成量最高的区域。这部分NO_x以热力型NO_x为主,综合以上结果,提出新增烟气再循环系统并且改进燃烧器结构为主要设计思路。然后,本文对于烟气再循环率对炉内速度场、温度场以及组分场特性的影响进行了研究,结果表明,随着烟气再循环率的提升,燃料与空气的掺混均匀性明显变好,但在更为关键的热态温度分布,这也决定了NO_x的生成,可以发现不是掺混的烟气比例越多,温度分布就越均匀,相比所有工况条件,在5%～10%烟气再循环比例下的燃料混合均匀度以及温度分布均匀度情况更好。但是,仅仅依靠烟气再循环对现有焙烧炉系统的改造是不够的,还需对燃料的掺混特性进行改进,改变现有燃烧器的结构。最后,本文对原型燃烧器结构进行了优化改进,增加了燃烧器头部中心区域的开孔数量,使得燃料向炉膛中心区域的贯穿距离更深。数值模拟结果表明,在改变燃烧器结构后,燃料与空气掺混均匀度明显提升,热态温度分布均匀度也有明显升高,这也代表着局部高温区域面积的减小,热力型NO_x的生成受到抑制,NO_x排放量明显降低。