射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究 射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究
来源期刊：钢铁2010年第7期
论文作者：苏亚欣 汪文辉 赵丹 杨艳超
文章页码：94 - 98
关键词：工业炉； 高温空气燃烧； 数值模拟
Key words：industrial furnace； high temperature air combustion； numerical simulation
摘 要：以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。空气射流喷口为5个等面积的圆形,置于燃气射流喷口周围。湍流输运方程采用标准k-ε双方程模型,气相燃烧模型采用β函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型NOx。对燃气射流和空气射流的进口参数对燃烧室内的燃烧特性的影响进行了模拟计算和分析。计算结果表明射流进口参数将影响和改变燃烧室内的烟气回流及其与燃料、空气的混合过程,从而影响局部温度、氧浓度的分布和决定燃烧状况、影响最终的NOx排放量。其中随着燃料射流和空气射流速度比和燃料射流倾角的增大,燃烧室内的烟气回流区域扩大,强化了燃料、空气和烟气的混合,使低氧区域扩大,燃烧室内最高温度和平均温度都降低,NOx生成量明显降低。研究结果对于工业炉的烧嘴设计有一定参考意义。
Abstract: Based on the high temperature air combustion(HTAC),the numerical simulation was carried out on the high temperature air combustion of coal gas in an industrial furnace with a multi-jet burner.The furnace was a rectangular chamber of 800 mm×800 mm×1 400 mm.The burner was made up of a circular fuel jet of a diameter of 10 mm at the center and 5 circular air jets equably distributed around the fuel jet with different straddle angles.The fuel jet deviated from the air jet with a inclined angle,α.PDF(Probability Density Function) combustion model based on a β function was selected to simulate the gas combustion combined with the standard k-ε model to simulate the flow field.The radiation was simulated by a discrete ordinates method.The NOx emission was simulated by thermal NOx model.The effect of jet parameters,i.e.,the velocity ratio of fuel jet and air jet and the fuel jet inclined angle on the combustion characteristics was discussed.The simulated results show that the jet parameters change the recirculation of flue gas in the chamber leading to different mixing of the fuel,air and hot flue gas which determine the local temperature,oxygen concentration and NOx production.As the velocity ratio of fuel jet and air jet and the fuel jet inclined angle increase,the flue gas recirculation enhances and the low oxygen zone enlarges.The maximum and mean temperature both decrease and NOx emission decreases.The results provide a reference for the design of industrial furnace burner.
苏亚欣1，汪文辉1，赵丹1，杨艳超1
(1.上海市东华大学环境科学与工程学院)
摘 要：以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。空气射流喷口为5个等面积的圆形,置于燃气射流喷口周围。湍流输运方程采用标准k-ε双方程模型,气相燃烧模型采用β函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型NOx。对燃气射流和空气射流的进口参数对燃烧室内的燃烧特性的影响进行了模拟计算和分析。计算结果表明射流进口参数将影响和改变燃烧室内的烟气回流及其与燃料、空气的混合过程,从而影响局部温度、氧浓度的分布和决定燃烧状况、影响最终的NOx排放量。其中随着燃料射流和空气射流速度比和燃料射流倾角的增大,燃烧室内的烟气回流区域扩大,强化了燃料、空气和烟气的混合,使低氧区域扩大,燃烧室内最高温度和平均温度都降低,NOx生成量明显降低。研究结果对于工业炉的烧嘴设计有一定参考意义。
关键词：工业炉； 高温空气燃烧； 数值模拟
