25
卷 第
2
期 北 京
Vol.25 No.2
2003 4 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr. 2003
收稿日期
2002–07–10
杨湘 女
, 24
岁
,
硕士研究生
国家自然科学基金资助项目
(No.50144005)
高温空气燃烧技术
HTAC
是由日本学者田
中良一在
20
世纪
80
年代末提出的
,
它是一种新
型燃烧技术 具有高效烟气余热回收和高温预热
空气助燃以及低
NO
x
排放等多重优越性 高温空
气燃烧与传统燃烧过程从热力学动力学到燃烧
室内的传热过程 都有明显的区别 这些特征为
大幅度节能 降低污染物排放 开发新型能源利
用途径提供了前所未有的条件
20
世纪
90
年代
以来 在工业化国家的钢铁 冶金 机械 建材等
工业部门的各种工业炉窑中
HTAC
技术的应用
呈现迅猛发展的势头 到
1995
年底统计 国际上
已有
800
台窑炉采用了该技术 因而受到了国际
工业界和科学界的广泛关注
[1~3]
蓄热室加热炉是
20
世纪末随着高温低氧燃
烧技术
HTAC
成功开发而涌现的新一代节能环
保型加热炉 该类加热炉不仅能大幅度节能 降
低投资与生产成本 减少污染物 特别是
NO
x
的
排放量 还能优化工业能源结构 使用低热值燃
料等多重优点
[4]
迄今为止 我国已建成或正在新
建的蓄热式加热炉已达
50
余座 并取得了一定
的节能效果 但对
NO
x
的排放量没有真正重视
这与我国对蓄热式加热炉的应用基础研究不够
有关 有文献指出 这种燃烧技术的关键是控制
炉膛内气流流动和混合 使之产生所需热能和燃
烧产物的再循环
[5]
目前 国内外有关高温低氧燃
烧采取的主要措施有两种
:
一种方法是燃气
/
空
气多级燃烧及烟气回流 另一种方法是燃气与空
气成一角度喷入炉内 使燃气在炉内逐步与空气
混合 达到延缓燃烧 降低
NO
x
的目的
6
本文通
过对某钢厂蓄热式加热炉的流场进行数值模拟
研究 对燃气和助燃空气平行及以一定夹角喷入
炉内的两种情况进行分析 得到符合加热炉实际
的流场分布情况
,
对进一步优化蓄热式加热炉的
设计具有十分重要的指导意义
1
数学模型
1.1
原始条件
以某钢厂的蓄热式加热炉为研究对象 炉膛
尺 寸 为
12000 mm×12600 mm×3800 mm
长 宽
高 喷口对称布置在炉子的两侧 几乎沿炉长均
匀布置 两侧的喷口交替进行喷气和排烟 喷口
分布情况如图
1
所示 从左到右分别为加热段的
四个喷口和均热段的三个喷口 从上到下分别为
空气喷口 煤气喷口 煤气喷口和空气喷口
1.2
基本方程
炉内气体流动采用
k
模型
. k
模型对紊流
使用涡流粘度假设
,
连续性方程和动量方程变为
:
p
t
+ p = 0,
p
t
+ × = p'+
蓄热式加热炉流场的数值模拟
杨 湘
1)
程素森
1)
郭汉杰
2)
吴光亮
2)
李士琦
2)
朱 荣
2)
1)
北京科技大学冶金学院 北京
100083 2)
北京科大国泰能源环保工程技术有限公司
,
北京
100083
摘 要 利用大型软件
CFX
建立了蓄热式加热炉炉内速度场的数学模型 采用
k
模型数值
模拟炉内的湍流流动 分析喷口几何形状及尺寸 喷口的分布位置等对炉内的速度分布的影
响 计算结果为 蓄热式加热炉炉内流场与传统加热炉迥然不同 流场分布有利于燃料和助
燃空气的混合 符合高温低氧燃烧的的流场分布 另外 影响炉内速度场的因素有炉型结构
喷口几何形状与尺寸及喷口的分布位置等
关键词 蓄热式加热炉
;
湍流模型
;
数值模拟
;
流场
分类号
TF062; TG 307
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