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U型辐射管性能研究与燃烧过程数值模拟

许鹏彦  
【摘要】: 辐射管是热镀锌板生产线上重要的加热装置,但是在国内的加热装置中,普遍存在着辐射管表面温度分布不均匀,烟气中NOx排放量过高,辐射管寿命较短等问题,因此对辐射管的性能进行进一步的研究和优化就显的非常重要。 本文以U型辐射管为研究对象,按照1:1的几何比例建立了可视化热态试验装置,对辐射管的整体性能进行了研究,依靠可靠、实用的钢制拉杆,可以有效的控制助燃空气的分配比例,取得较好的效果。 在热态试验过程中,重点研究了辐射管的阻力特性,辐射管表面温度分布以及NOx的影响因素,并且对三种规格的换热器进行了计算。结果表明: ①换热器的阻力损失在辐射管总阻力损失中占到了64%,在辐射管的阻力损失中占据主导地位。 ②增大二次风量,提高助燃空气预热温度,提高炉膛温度,改变燃烧筒的长度都可以改善辐射管表面温度分布。 ③拉长火焰长度可以降低辐射管内火焰的最高温度,抑制NOx的生成,同时,空气预热温度,燃烧筒长度的变化也对NOx的生成有一定的影响。 ④通过对内翅片、外翅片以及内外翅片三种换热器的计算,内外翅片换热器的综合传热系数达到29.3 w/(m2·℃),温度效率达到33.4%。 在实验研究的基础上,通过建立燃烧数学模型,对辐射管内的燃烧过程进行了数值模拟,数值模拟研究工作能够正确反映辐射管内的燃烧特征,模拟结果与实验结果基本一致。并重点研究了分级燃烧中一、二次空气比例的变化对燃烧过程的影响,以及对NOx生成的影响。同时对人们关心的辐射管内燃烧状态下的温度场、流场及组分分布进行了模拟研究,丰富了对辐射管燃烧技术的认识和理解。


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