卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器的數(shù)值模擬.pdf

1、卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐相對于內(nèi)燃式和外燃式熱風(fēng)爐，具有蓄熱面積大、結(jié)構(gòu)對稱強(qiáng)度高、熱效率高、送風(fēng)溫度高、生成維護(hù)費(fèi)用低和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。相對于其他頂燃式熱風(fēng)爐，它采用一個(gè)多燒嘴環(huán)形陶瓷燃燒器，煤氣與助燃空氣得到充分混合并實(shí)現(xiàn)旋流燃燒，徹底消除了燃燒脈動(dòng)，是頂燃式熱風(fēng)爐的重要發(fā)展方向之一。頂燃式熱風(fēng)爐的核心是陶瓷燃燒器，而目前國內(nèi)外對卡魯金熱風(fēng)爐燃燒器的研究和設(shè)計(jì)還缺乏系統(tǒng)全面的分析，因此對燃燒器的流場結(jié)構(gòu)和燃燒特性的研究對優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)，提

2、高熱效率都具有重要的意義。
　　 本文針對某高爐的卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器建立與原型相似比為1:10的燃燒器內(nèi)空煤氣流動(dòng)、混合和燃燒的數(shù)學(xué)、物理模型，應(yīng)用FLUENT模擬軟件，在給定速度入口邊界條件下，選用RSM湍流模型（雷諾應(yīng)力模型）來模擬燃燒器內(nèi)的湍流流動(dòng)，選用組分傳輸模型模擬冷態(tài)下的流場結(jié)構(gòu)，分析熱風(fēng)爐燃燒器內(nèi)空煤氣流動(dòng)混合特性、燃燒室不同截面上的流場特性和組分均勻度、空煤氣噴口出口的流動(dòng)特性以及蓄熱室格子磚對出口氣流的影

3、響。
　　 同時(shí)在冷態(tài)模擬的基礎(chǔ)上選用PDF燃燒模型和P1輻射模型，在給定空煤氣入口流量的條件下，模擬燃燒器中空煤氣的熱態(tài)燃燒過程。研究燃燒過程中煙氣的速度分布、溫度分布和組分分布特性，并計(jì)算得到空煤氣燃燒的煙氣出口溫度和燃燒效率。
　　 冷態(tài)數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：環(huán)形陶瓷燃燒器的多層多噴口結(jié)構(gòu)能夠保證空煤氣氣流充分混合并形成旋流，旋流氣流將在燃燒室中心產(chǎn)生回流，局部地方產(chǎn)生小的漩渦，從而有效地縮短火焰的長度。同時(shí)流量大小對

4、燃燒室不同截面和燃燒室出口流動(dòng)的均勻性基本沒有影響。預(yù)熱室中四層噴口流量均勻度達(dá)90％，空氣噴口的速度均勻性相對煤氣噴口更好，因此通過優(yōu)化煤氣噴口布置可以提高噴口出流的整體氣流均勻性。燒燒室出口氣流分布不均勻，邊緣速度大，中心氣流速度小，最大速度為最小速度的2.5倍，但其均勻性優(yōu)于傳統(tǒng)頂燃式熱風(fēng)爐，燃燒室出口的平均速度均勻度為68.74％，燃料組分濃度均勻度為71.76％，氧氣組分濃度均勻度為74.91％，因此考慮通過優(yōu)化熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)來提高蓄熱室上部的氣流分布。
　　 熱態(tài)模擬結(jié)果表明：燃燒室內(nèi)空煤氣燃燒為典型的擴(kuò)散燃燒，煤氣引入管在上，空氣管在下形成預(yù)燃室中空氣包裹煤氣的旋流流動(dòng)狀態(tài)，旋流燃燒和回流阻礙了火焰中心的發(fā)展，大大縮短火焰的長度不會對蓄熱室格子磚產(chǎn)生影響，同時(shí)預(yù)燃室半球球頂空間充滿了煤氣，燃燒在空氣噴口下方才開始，空煤氣在燃燒器中的燃燒效率達(dá)到95.44％，燃燒室出口的煙氣平均速度為6.7135m/s，煙氣平均溫度為1534.7K。