梭式窑富氧预混燃烧火焰特性及窑内换热特性研究

论文摘要

富氧燃烧技术是近代燃烧的最新节能技术之一,能够降低燃料的燃点,加快燃烧速度、促进燃烧完全、提高火焰温度、减少燃烧后的排气量、提高热量利用率和降低空气过剩系数,具有优越的节能性能,被发达国家称之为“资源的创造性技术”。目前,国内外对富氧燃烧技术的研究主要集中在燃烧机理、NOX和SO2的排放特性上,对富氧燃烧火焰特性的研究较少,并主要以富氧非预混燃烧扩散火焰特性的研究为主,对富氧预混燃烧紊流火焰特性的研究几乎没有;富氧燃烧技术在加热炉、锅炉中的应用研究较多,在窑炉特别是梭式窑方面的应用研究相对较少,主要以研究窑内富氧燃烧的排放特性为主,而对窑内具体的温度场分布概况目前尚无研究。但是,掌握窑内的温度场分布情况,了解窑内的换热特性,对窑炉富氧燃烧的稳定运行具有重要的指导作用;对富氧燃烧技术在窑炉上的应用和推广也具有重大的意义和价值。因此,本论文先通过对富氧预混燃烧紊流火焰特性进行试验研究,旨在为后面的梭式窑富氧预混燃烧窑内换热特性模拟研究的可行性提供验证条件;再创新地应用Fluent软件,选用RNGk-e湍流模型、涡耗散燃烧模型、P-I辐射传热模型对采用不同氧浓度的富氧空气整体增氧助燃时梭式窑内的换热特性进行数值模拟研究。通过对试验结果及数值模拟结果的分析,可得出以下主要结论:1.随着氧浓度的增加,火焰变得逐渐有力量,火焰最高温度逐渐增高,最高温度的位置逐渐向燃烧器出口方向移动,火焰的温度梯度逐渐增大,火焰高温区域逐渐缩小,火焰的强度逐渐增大。2.采用富氧空气助燃技术,可以减少烟气射流对窑墙的冲刷,延长窑墙材料的使用寿命;采用氧浓度24%以上的富氧空气助燃时,可以使窑顶的温度降低,从而延长窑顶材料的使用寿命。3.采用富氧空气助燃技术,可以使火焰底部温度升高,窑内换热增强,长期采用富氧燃烧方式,会使窑车台面（窑底）被烧坏,导致料垛不稳,产生坯塌现象,需定时对窑车进行检查。4.采用富氧空气助燃技术,会使窑内的温差变大,可以通过调整排烟口的位置及改变料垛码放方式来减少窑内的温差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国际能源概况
• 1.2 中国能源现状
• 1.3 富氧燃烧技术
• 1.3.1 富氧燃烧技术的提出
• 1.3.2 富氧燃烧技术的国内外研究状况
• 1.3.3 富氧燃烧节能原理分析
• 1.3.4 工业制氧的情况
• 1.3.5 富氧燃烧技术的市场分析
• 1.4 陶瓷窑炉数值模拟概况
• 1.5 论文研究目的及意义
• 1.6 论文主要内容及结构
• 2 梭式窑简介
• 2.1 梭式窑基本结构
• 2.1.1 窑墙和窑顶
• 2.1.2 窑门
• 2.1.3 窑车
• 2.1.4 窑具
• 2.2 梭式窑的特点
• 2.3 窑内气体流动及传热特点
• 2.3.1 窑内气体流动特点
• 2.3.2 窑内气体传热特点
• 2.4 现代梭式窑热工制度的控制
• 2.4.1 温度制度的控制
• 2.4.2 气氛制度的控制
• 2.4.3 压力制度的控制
• 2.5 本文研究对象（第五章）——液化气梭式窑
• 3 预混燃烧器富氧燃烧火焰特性实验研究
• 3.1 实验目的及意义
• 3.2 实验理论基础
• 3.2.1 出流到静止气体中的紊流自由射流过程
• 3.2.2 紊流预混火焰
• 3.2.3 燃烧温度[49]
• 3.2.4 燃烧化学动力学
• 3.3 实验设备及实验方案
• 3.3.1 实验设备
• 3.3.2 实验方案的确定
• 3.3.3 富氧空气的制取
• 3.4 实验步骤
• 3.5 实验结果及分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 数值计算物理模型简介
• 4.1 FLUENT 简介
• 4.1.1 FLUENT 优点
• 4.1.2 FLUENT 求解步骤
• 4.2 基本守恒方程组
• 4.2.1 质量守恒方程
• 4.2.2 动量守恒方程
• 4.2.3 能量守恒方程
• 4.2.4 组分质量守恒方程
• 4.3 湍流模型的选取
• 4.3.1 RNGκ-e 模型
• 4.4 涡耗散燃烧模型的选取
• 4.5 辐射传热模型的选取
• 4.5.1 P-1 辐射模型
• 5 梭式窑富氧预混燃烧窑内换热特性的模拟研究
• 5.1 几何模型的建立
• 5.2 计算区域的网格划分
• 5.3 边界条件及物性参数的确定
• 5.3.1 速度入口及压力出口边界条件
• 5.3.2 热力学边界条件
• 5.3.3 物性参数的选取
• 5.3.4 边界条件和物性参数的确定
• 5.4 数值计算方法
• 5.5 模拟结果分析
• 5.5.1 预热阶段点两支烧嘴时窑内换热特性分析
• 5.5.2 氧化还原阶段点四支烧嘴时窑内换热特性分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 预混燃烧器富氧燃烧火焰特性实验研究结论
• 6.2 梭式窑富氧预混燃烧窑内换热特性的模拟研究结论
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献