玻璃熔窑中天然气/氢气混合燃料的燃烧过程仿真研究

摘要

推动硅酸盐材料制造过程的低碳排放对于实现碳达峰、碳中和总体战略目标意义重大。本工作以平板玻璃窑炉为基础,采用数值模拟方法开展氢能在玻璃窑炉中应用的基础研究。分析采用天然气/氢气混合燃料对玻璃窑炉燃烧空间温度场/速度场分布、燃烧生成烟气成分的影响,预测氢能在玻璃窑炉中应用的可行性。结果表明,采用天然气/氢气混合燃料为玻璃液熔化提供能量,可以保证玻璃窑炉温度制度稳定。采用天然气/氢气混合燃料供能,燃料燃烧速率加快,释放热量集中,掺氢体积比为20%及以上时,燃烧形成的火焰长度会明显缩短,而热烟气在窑炉内停留时间延长。对比基础窑炉,采用掺氢比例40%的燃料,窑炉总烟气排放质量减少了4.13%,CO_(2)排放质量减少了12.50%,烟气中NOx浓度由1093 mg·Nm^(–3)(干燥,8%O_(2)条件下)增加至1282 mg·Nm^(–3)(干燥,8%O_(2)条件下)。为推动氢能在硅酸盐制造领域的应用还需开展燃烧系统设计、耐火材料侵蚀等方面研究,以解决氢能在大型窑炉中应用存在的问题。