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环形加热炉高温空气燃烧特性数值模拟

石洋  
【摘要】: 高温空气燃烧是燃烧学和热工领域的一项重要技术革新。研究高温空气燃烧过程及其在工业炉中的热工特性,对于进一步发展高温空气燃烧技术的理论和应用具有重要意义。 本课题针对高温空气燃烧的特点,对大型环形加热炉蓄热式高温空气燃烧技术进行了数值模拟分析,对三维炉内高温空气燃烧建立了数学模型。以天然气作为燃料,对环形加热炉的高温空气燃烧特性进行了系统的数值模拟,研究了环形加热炉炉内温度场、速度场、浓度场的分布规律,得到了燃料质量流量和燃气口与空气口的布置等因素的影响规律。并研究了燃烧侧不同对环形加热炉炉内燃烧的影响,得到了环形加热炉炉内燃烧特性和变化规律。 研究结果表明,环形加热炉内燃烧与流动呈周期性变化,由于加热炉结构的不对称,内环燃烧器工作时,甲烷的燃烧效率提高。燃烧器交叉布置,可以提高燃烧效率,对于环形加热炉的热工特性也有显著影响。无论内环还是外环燃烧器工作,沿着高度方向上,射流速度和氧气浓度均呈现中间较高,两端较低的分布情况。 天然气的质量流量对炉内热工特性的影响最大。当燃气质量流量增加时,加热炉内温度升高,炉内温度分布均匀性较好,但是甲烷燃烧效率逐渐降低。当燃气喷口与空气喷口之间的距离减小时,甲烷着火向喷口方向移动,炉内温度相对更均匀,甲烷燃烧效率提高。燃烧器周期性工作,对于加热炉的热工特性非常有利。从一个周期的平均值来看,燃烧器交叉布置,能够使得炉内各处的平均温度更加均匀,更有利于保持炉内物料温度均匀性。


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