硫粉燃烧器设计及气固流场与燃烧数值模拟

发布时间：2020-05-06 11:56

【摘要】：本文研究了一种新型的硫粉燃烧器,相比传统的液硫燃烧器,新型的硫粉燃烧器不需要熔硫池,液硫泵和液硫喷射器等设备,结构更加简单。在操控方面,传统的液硫燃烧器中高温液硫喷射量较难控制,新型硫粉燃烧器中硫粉的输送量更容易控制,生成的SO2气体中,SO3的浓度很低,升华硫含量为0。在设备经济和维护方面,液硫燃烧器整套设备价格很高,设备复杂,维修成本高,本文设计的硫粉燃烧器价格低,设备简单,更加经济。在硫粉燃烧器的研究过程中,使用FLUENT仿真软件对硫粉燃烧器主机中硫粉和空气的运动轨迹和浓度分布进行了分析,确定了硫粉燃烧器的最优结构:硫粉燃烧器中陶瓷管直径为70mm,同时加入螺旋喷头,3片平面导流叶片,其中导流叶片的偏转角度为10度。使用FLUENT仿真软件对燃烧腔中硫粉燃烧进行模拟分析,结果表明,燃硫量0-60g/s和60-80g/s会出现两种不同的火焰形态,前者火焰集中在中心轴线上,后者火焰会靠近壁面。仿真还分析了空气过量系数,陶瓷管温度,硫粉入口速度和硫粉粒径对硫粉燃烧的影响,得出以下结论:最适空气过量系数为一变量,随着燃硫量的增加而减小;陶瓷管最适温度为1000℃左右;硫粉入口速度最适区间为0.5-2m/s;硫粉的最佳粒径不应超过0.2mm。本文设计的硫粉燃烧器制取S02的效率基本达到了传统液硫燃烧器的水平,最佳工况下燃烧器出口处SO2混合气体中升华硫含量为0,SO3的摩尔质量在0.1%以下。设计的硫粉燃烧器对工业制取SO2气体提供的新的研究思路,具有一定的指导意义。
【图文】：

示意图,燃硫炉

（ａ）邋ｓｅｍｉ邋ｃｌｏｓｅｄ邋ｓｅｌｆ邋ｍｅｌｔｉｎｇ邋ｓｕｌｆｕｒ邋ｂｕｒｎｉｎｇ邋ｆｕｒｎａｃｅ邋（ｂ）邋ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｔｏｒｎａｄｏ邋ｂｕｒｎｉｎｇ邋ｓｕｌｐｈｕｒ逡逑ｆｕｒｎａｃｅ逡逑图１－１两种燃硫炉的主要结构逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｓｕｌｆｕｒ邋ｂｕｒｎｉｎｇ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑总的来看，半封闭自熔式燃硫炉和全封闭汽化燃硫炉中液硫的量都无法精确控制，逡逑生成的３０２混合气体中会有较高浓度的升华硫和Ｓ０３。研究一种能精确控制硫磺燃烧量逡逑的燃烧器，是很有现实意义的。逡逑１．２燃硫炉的研究现状逡逑对于燃硫炉的结构设计和优化，国内许多学者和企业都进行了大量的研宄。图１－２逡逑是国内某企业设计的全封闭喷射式燃硫炉，，有卧式和立式两种形式。它可以将液硫和空逡逑气喷射进入燃烧炉进行燃烧制取Ｓ０２。为了燃烧更加充分，炉内一般会安放多个挡板，逡逑延长空气和液硫的行程。逡逑出口逡逑■邋■邋■逡逑图卜２全封闭喷射燃烧示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｆｕｌｌ邋ｃｌｏｓｅｄ邋ｊｅｔ邋ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑片桐健［１４］介绍了一种小型高性能的燃硫炉——塞利科式燃硫炉，如图１－３所示。炉逡逑体为卧式结构，炉体中有保温和耐火材料，空气从右端入口进入燃烧炉的夹套，先对管逡逑壁降温

示意图,自由射流

根据射流出口处的射流特性，可以将直流式燃烧器分为自由射流，不等温射流和逡逑多股组合射流［３Ｗ３］。逡逑图１－４为自由射流燃烧示意图，自由射流的流线方向不仅向前发展，也会朝着垂直逡逑的方向发散和脉动。周围的介质会随着射流的方向向前运动，由于阻力的存在，射流边逡逑界上的速度为零。射流中心由于没有受到周围介质的影响，还会朝着原来的方向继续扩逡逑散。逡逑ｅ逦￣￣初始段．－ｊ－逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑｜」一逡逑—ｓ．逦ｓ，—￣界面逡逑图１－４自由射流ＴＦ意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｆｒｅｅ邋ｊｅｔ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑自由射流燃烧器火焰扩散角小、射程远，仅凭单股射流来看，相比旋流式燃烧器，逡逑４逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ052.7

【参考文献】