一种无焰氧化燃烧器的燃烧模拟及概念设计

发布时间：2020-09-30 13:06

　　 1989年,在用高温预热空气降低NO的实验中首次发现无焰氧化现象。无焰氧化燃烧可以被定义为:在一定的高温烟气循环率条件下产生的看不见火焰轮廓的稳定燃烧。国外经过近40年的研究,已经形成成熟的技术,无焰氧化燃烧器也实现了工业化。国内对无焰氧化的研究较晚且没有成熟的工业无焰氧化燃烧器。无焰氧化燃烧器较传统燃烧器有很多优点:燃烧温度均匀、温度辐射范围大、污染物排放量低、高效节能和低噪音等。本文针对扩散式无焰氧化燃烧,总结前人经验并结合实际工况,选择了适合本研究的反应机理模型,具体包括:1、基本控制方程:能量、动量、质量以及组分守恒方程。2、湍流流动模型选择了雷诺平均模型(RANS)中的Standard k-ε湍流模型。3、辐射模型采用P-1辐射模型。4、组分输运及反应流模型使用有限速率模型中的ED模型。5、污染物生成模型包括了热力型和快速型。运用Fluent模拟了某15kW的无焰氧化燃烧器的燃烧过程,研究了空气喷嘴数目、气体射流速度、空气射流入射角度和烟气出口位置对炉内燃烧情况的影响。分析模拟结果,得到较为满意的燃烧器配置:空气喷嘴数目为6、空气射流平行于燃气射流轴线、烟气出口在下方。针对本课题组与四川亚联高科技股份有限公司合作研发的一款10Nm~3/h的小型天然气水蒸气重整制氢装置,设计了一款额定热负荷为15kW的扩散式无焰氧化燃烧器,用于该重整制氢装置的热量供应。该燃烧器结构简单、高效节能、形成的燃烧没有明显火焰锋面、炉内温度分布较为均匀、NO_x排放量低。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ052.7
【部分图文】：

使用量,天然气,北京市

011~2015 年，在民用、热电联产和工业锅炉领域，天然气用气量快速增联产领域为最；到 2020 年，北京市规划天然气用气量持续增加，在工长最为明显，这与国家推进煤改气项目有很大关系。总体来讲，天然气会继续快速增长。背景下，以天然气为燃料的工业燃烧器也得到迅猛发展。工业炉在我国化工、玻璃等工业中占据了举足轻重的地位，它为我国带来巨大经济效境带来巨大威胁。虽然近些年来我国工业炉的节能减排取得显著效果的提升空间。事实上我国工业炉的整体效率较低，虽然设计效率大都为是实际的运行效率多数在 60%～65%，较国外先进水平低了 15%~20%染物也是急需解决的一大问题，2018 年政府工作报告中着重指出：未来氧化硫、氮氧化物排放量要降低 3%，可见国家、政府对污染治理的重在大力督促企业进行锅炉煤改气改造，以期减少环境污染。

旋流喷嘴,双极,结构示意图,气体

工业排放的要求越来越高，越来越多的低污、催化燃烧和无焰氧化等[4]。燃烧原理及主流技术义就是指通过特殊的结构或方法使燃料喷出术。通过气体旋流在燃烧室内卷吸大量烟气燃可燃物，同时稳定火焰。气体旋流扩大了于抑制氮氧化物的生成。旋流燃烧的关键在气体通过后发生旋转。图 1-2 为某新型双极反

烟气循环,扩散燃烧,炉膛温度,甲烷

烟气循环率 Kv，并得到了甲烷在炉膛内进行扩关系，详见图 1-3。其中EvF AMKM M ，EM 是，AM 是空气质量流量。他们认为烟气循环率无需预热到过高温度。出存在四个区域：A——常规火焰稳定燃烧区；焰氧化燃烧区；熄火区。当炉内烟气循环率较小能形成常规火焰稳定燃烧；若炉内温度低于 7的气流会将火焰吹灭；当炉内温度高于 700℃，火焰会变得不稳定；由此可见，想要实现无焰一个过程，首先将炉内温度升到 800℃以上，然烧。

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