高溫空氣燃燒模型研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、高溫空氣燃燒技術(shù)是一種高效的蓄熱式燃燒技術(shù)，具有極限余熱回收和超低污染物排放的雙重優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的燃燒技術(shù)之一，在鋼鐵冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。與常規(guī)燃燒相比，高溫空氣燃燒具有高溫預(yù)熱空氣和貧氧燃燒的特點(diǎn)，因此其燃燒特性與常規(guī)燃燒有很大的區(qū)別，本文首先應(yīng)用目前三個(gè)主要的氣相燃燒模型:EBU模型、EBU-Arrhenius模型以及PDF模型，對(duì)一個(gè)尺寸為2m×2m×6.25m的高溫空氣燃燒室進(jìn)行了數(shù)

2、值模擬，并將模擬結(jié)果和國(guó)際火焰研究會(huì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，確定了合理的燃燒模型。其次對(duì)高溫空氣燃燒的氮氧化物(NO)生成和轉(zhuǎn)化機(jī)理模型進(jìn)行了研究，比較了熱力性、快速型NO生成模型、N2O中間轉(zhuǎn)化模型以及再燃還原模型等不同機(jī)理對(duì)NO的最終排放特性的作用。最后采用RSM湍流模型和EBU燃燒模型，DO輻射傳熱模型，煙氣的吸收系數(shù)的WSGGM模型，熱力型、快速型NO生成模型及NO的再燃還原機(jī)制等對(duì)旋流式燃燒器的高溫空氣燃燒特性進(jìn)行了深入的模擬計(jì)

3、算，討論了若干燃燒條件對(duì)高溫空氣燃燒特性的影響規(guī)律。從本文的研究結(jié)果可得出以下主要結(jié)論:
　　 (1)EBU模型預(yù)測(cè)的高溫空氣燃燒溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及NOx生成與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得最好，是預(yù)測(cè)高溫空氣燃燒最有效的燃燒模型。但EBU模型預(yù)測(cè)的峰值溫度位置與實(shí)驗(yàn)量不一致。因此有必要對(duì)EBU模型內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行修正，使其符合高溫空氣燃燒的特點(diǎn)，得到更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。有研究結(jié)果表明，非預(yù)混高溫空氣燃燒的反應(yīng)速度比常規(guī)燃燒要慢，根據(jù)EBU模型內(nèi)部原

4、理，減小經(jīng)驗(yàn)常數(shù)A，能使預(yù)測(cè)的反應(yīng)減慢。模擬結(jié)果表明，當(dāng)A=1時(shí)，修正的EBU模型預(yù)測(cè)的高溫空氣燃燒的溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及NOx生成都得到較好的改善。
　　 (2)熱力型NO是高溫空氣燃燒最主要的生成機(jī)制，約為總NO生成量的90％;快速型NO次之，約為10％;N2O中間轉(zhuǎn)化機(jī)制的NO生成量很小，可以忽略不計(jì);NO再燃還原機(jī)制是高溫空氣燃燒中必須考慮的模型，否則會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果的嚴(yán)重偏高。
　　 (3)與直流式燃燒相比，旋流式

5、燃燒能增大燃燒室回流區(qū)域，促進(jìn)低氧燃燒氣氛，燃燒室內(nèi)的溫度分布更均勻;高溫富氧區(qū)域的大小和位置是高溫空氣燃燒NO生成的決定因素，旋流式燃燒能更好地抑制燃燒室內(nèi)的高溫富氧區(qū)域，從而使得NO排放大幅度下降。
　　 (4)采用旋流式燃燒、降低入口氧濃度以及提高空氣流速三種方法都能達(dá)到NOx減排效果。隨著螺旋角度的增大，高溫富氧區(qū)域不斷減小，NO排放先減小后增大;提高空氣射流速度，NO排放不斷減小，但減小的幅度不斷減小，當(dāng)空氣射流速度超

6、過(guò)45m/s后，繼續(xù)增大空氣射流速度，NO減排效果將不明顯;降低空氣入口氧濃度，NO排放不斷減小，但CO排放卻不斷增加，燃料燃燼效果變差。旋流式燃燒不僅有很好的NOx控制效果，經(jīng)濟(jì)安全，穩(wěn)定可靠的特性，還能與其他兩種方法聯(lián)合使用，達(dá)到超低NOx排放的目的。
　　 (5)不同操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋流式高溫空氣燃燒具有重要影響。研究結(jié)果表明:隨著空氣預(yù)熱溫度的提高，燃燒室內(nèi)的峰值溫度和平均溫度線性上升，溫度分布更均勻，但NO排放卻大