工业炉烟气自循环高温低氧燃烧过程的研究

摘要

高温空气燃烧技术以其高效节能低污染等多重优势，广泛应用在我国工业窑炉的节能降耗减排等领域，具有巨大的经济效益和广阔的发展空间。
　　为了进一步探究工业炉高温空气的燃烧特性，本文作者利用FLUENT仿真软件，数值模拟了烟气自循环工业炉的燃烧过程，分析了空气的预热温度和氧气浓度、旋流叶片和挡板等条件对炉内流场、温度分布以及污染物生成特性的影响规律。研究结果表明：空气预热温度升高和含氧浓度下降促进了炉内气体的混合和稀释，有利于温度分布更加均匀，空气的预热温度和氧气浓度之间还存在一个最佳的配合关系；添加旋流叶片和挡板均可以有效的组织空气射流和流场分布，提高炉内的燃烧强度和温度水平，但局部高温区的增加并不利于温度场的均匀分布，导致了NOX排放量增加，因此需要根据实际情况确定最恰当的旋流片角度和数目以及挡板的面积和数目。
　　本文作者还搭建了连续式换热的高温空气燃烧系统，主要分析了燃烧炉内温度场和烟气组分浓度随空气预热温度的变化规律。实验和模拟结果虽存在一定差距，但炉内的温度和组分浓度的变化趋势是基本吻合的。为解决该实验系统中管壳式换热器空气预热温度较低的缺陷，本文作者还初步设计了一个间壁式蜂窝陶瓷换热器。

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符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 高温空气燃烧技术

1.3 课题进展及研究计划

第二章 数值模拟的数学模型

2.1 通用基本方程

2.2 湍流模型

2.3 燃烧模型

2.4 辐射模型

2.5 NOX生成模型

第三章 烟气自循环高温低氧燃烧特性的数值模拟

3.1 研究背景

3.2 物理模型及边界条件

3.3 模拟结果及分析

3.4 本章小结

第四章 旋流片对烟气自循环燃烧室影响的数值研究

4.1 研究背景

4.2 模型简介与边界条件

4.3 模拟结果及分析

4.4 本章小结

第五章 挡板对烟气自循环燃烧室影响的数值研究

5.1 模型及初始条件

5.2 模拟结果及分析

5.3 本章小结

第六章 连续式换热高温空气燃烧的研究

6.1 研究背景

6.2 实验系统与仪器

6.3 数值模拟方法

6.4 实验结果及分析

6.5 模拟结果及对比分析

6.6 温度误差分析

6.7 本章小节

第七章 间壁式蜂窝陶瓷换热器的设计

7.1 研究背景

7.2 间壁式蜂窝陶瓷换热器的设计

7.3 间壁式换热器加工进展

7.4 本章小结

第八章 结论

8.1 本文主要结论

8.2 下一步工作

参考文献

致谢

攻读学位期间所获得的相关科研成果