燃气加热炉高温烟气回流掺氧燃烧数值模拟

发布时间：2017-10-02 08:18

  本文关键词：燃气加热炉高温烟气回流掺氧燃烧数值模拟

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【摘要】：合理的利用钢铁企业生产流程中产生的副产煤气,高效有序地组织与控制燃料过程,对能源与环境危机可以起到有效地缓解作用,对发展绿色经济有深远影响。本文以富氧燃烧技术与高温烟气掺氧循环燃烧技术为思想,采用计算机数值模拟的方法,运用流体计算软件Fluent对某钢铁企业热态实验室中脉冲试验炉所建立的燃烧模型进行三维数值模拟。本论文分别对富氧量以及烟气回流量对试验炉内温度分布、炉内流场变化、烟气排放以及污染物NO_x生成的影响及变化规律进行分析与对比,得出了如下结论:(1)富氧空气助燃时,炉内出现局部高温区域,炉内各处温度均随氧浓度的增加,温度呈线性增加趋势,高温烟气掺氧助燃时,随着回流烟气量的提高,炉内各处以及烟气温度有所降低,降低的幅度较小。富氧空气助燃对炉膛内部起到提升炉温的作用,烟气回流量对炉膛内部起到均匀化炉内温度的作用,且可以抑制局部温度过高。(2)采用富氧空气作为助燃,随着氧气浓度的逐渐升高,炉膛内部气体的扰动剧烈程度有所减弱。相反,采用高温烟气掺氧助燃时,随着回流烟气量的提高,湍流强度大幅提高,炉内气体的扰动剧烈程度增强。与富氧空气助燃相比,采用高温烟气掺氧助燃可以增大高湍流强度,增强对流换热的效果。(3)采用富氧空气助燃后,炉内生成气体中辐射能力较强的三原子分子浓度增大。采用高温烟气掺氧气助燃时,CO_2、H_2O、N_2浓度大幅升高。如将燃烧生成烟气冷凝,CO_2浓度可达69%,增大了CO_2捕集的可能性。采用烟气循环掺氧燃烧的方式,炉气的辐射换热能力得到大幅度提高。(4)采用富氧空气助燃时,局部高温促进热力型NO_x的生成。相对氮气浓度下降对氮氧化物的生成的抑制作用,温度的上升对对氮氧化物的生成的促进作用更显著。采用高温烟气掺氧助燃时,随烟气回流量的增高而减低,降低幅度较小。将富氧燃烧技术与烟气回流技术应用于现有的加热炉中,可以改善现有的燃烧效果,促进能量高效利用、降低污染物排放、节约燃料消耗等方面发挥其多重优势,进而达到钢铁联合企业提高经济效益与节能环保的双重目的。
【关键词】：富氧燃烧 高温烟气掺氧 气体燃料 数值模拟
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK175
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 选题意义12-13
• 1.3 国内外研究进展13-16
• 1.3.1 富氧燃烧技术介绍13-15
• 1.3.2 计算机模拟燃烧介绍15-16
• 1.4 目前研究热点16-17
• 1.5 本文的主要内容17-18
• 2. 燃烧数值模拟过程18-34
• 2.1 计算流体动力学介绍18
• 2.2 计算流体中的工作流程18-20
• 2.3 燃烧试验炉的几何特性20-23
• 2.3.1 燃烧试验炉几何模型的建立21-23
• 2.4 模型假设23-24
• 2.5 网格划分及边界条件的设置24-28
• 2.5.1 网格划分24-25
• 2.5.2 边界条件设置25-28
• 2.6 数学模型的建立28-32
• 2.6.1 基本方程组28-29
• 2.6.2 物质输运及有限速率反应方程29-30
• 2.6.3 湍流基本模型30-31
• 2.6.4 污染物NO_x模型31-32
• 2.6.5 离散方程的数值算法与解32
• 2.7 本章小结32-34
• 3. 数值模拟结果与分析34-54
• 3.1 富氧空气助燃模拟34-43
• 3.1.1 富氧空气助燃模拟实验工况34-35
• 3.1.2 富氧空气助燃炉内温度分布35-38
• 3.1.3 富氧空气对燃烧炉内流场的影响38-40
• 3.1.4 富氧空气对燃烧炉内烟气及NO_x生成的影响40-43
• 3.2 烟气回流掺氧燃烧模拟43-52
• 3.2.1 烟气回流燃烧模拟实验工况44-45
• 3.2.2 烟气回流掺氧助燃炉内温度分布45-48
• 3.2.3 烟气回流掺氧助燃48-50
• 3.2.4 烟气回流对燃烧炉内烟气及NO_x生成的影响50-52
• 3.3 本章小结52-54
• 4. 全文结论与展望54-57
• 4.1 全文结论54-55
• 4.2 展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 作者简介61

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本文编号：958512