第36卷第11期 北京科技大学学报 Vol.36 No.11 2014年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2014 带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO.排放特性 冯俊小12),姜敏四,周闻华”,吴启明》,向顺华 1)北京科技大学机械工程学院,北京1000832)北京科技大学高校节能与环保工程研究中心,北京100083 3)北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司,北京1001764)宝钢研究院,上海201900 ☒通信作者,E-mail:jiangminl9901224@163.com 摘要为解决W型辐射管温度均匀性差和NO,排放过高的问题,提出了一种新型带烟气循环的W型辐射管,建立了该辐 射管的数学模型,并运用数值计算的方法进行了模拟研究.在验证模型可靠的基础上,对带烟气循环的W型辐射管和常规W 型辐射管的流场、温度场和N0,排放进行了比较.结果表明:带烟气循环的W型辐射管气体平均流速是常规W型辐射管气 体流速的3倍,有57.6%的烟气参与再循环:带烟气循环的W型辐射管中气体燃烧最高温度为2260K,比W型辐射管低192 K:带烟气循环的W型辐射管壁面温差为166K,比常规W型辐射管的壁面温差小76K:带烟气循环的W型辐射管的N0,排 放量9.9×105,而W型辐射管的N0,排放达到7.98×104,高出将近7倍. 关键词辐射管:流动传热;烟气:温度:氮氧化物:气体排放:数值模拟 分类号T℉055 Flow heat transfer and NO,emission characteristic of W-shaped radiant tubes with flue gas circulation FENG Jun-iao2,JIANG Min回,ZHO0 Wen-hua',WUQi-ming》,XIANG Shun+hua 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Engineering Research Center for Energy Saving and Environmental Protection,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083 China 3)CERI Phoenix Industrial Fumace Corporation,Beijing 100176,China 4)Baosteel Research Institute,Shanghai 201900,China Corresponding author,E-mail:jiangmin19901224@163.com ABSTRACT In order to solve the large wall temperature difference and high NO,emission of W-shaped radiant tubes,this article in- troduces a kind of W-shaped radiant tube with flue gas circulation.A mathematical model of the radiant tube is established and the ra- diant tube is studied by the method of numerical calculation.On the basis of the model's reliability,the velocity field,temperature field and NO,emission are compared between the radiant tube and a conventional W-shaped radiant tube.The average gas velocity of the new radiant tube is three times that of the conventional radiant tube,and 57.6%flue gas is involved in recombustion in the new ra- diant tube.The maximum combustion temperature of the new radiant tube is 2260K,which is 192K lower than that of the conventional radiant tube.The wall temperature difference of the new radiant tube is 166 K,which is 76K lower than that of the conventional radiant tube.The NO,emission of the new radiant tube is 9.9x105,but the NO,emission of the conventional radiant tube is 7.98 x10-4, nearly seven times higher. KEY WORDS radiant tubes;heat transfer:flue gas;temperature;nitrogen oxides:gas emission:numerical simulation 金属热处理能在改变工件显微组织或工件表面 学性能、物理性能和化学性能,最终达到工业需求, 化学成分的同时不改变工件形状,能改善工件的力 是机械制造中最重要的手段之一.目前广泛使用于 收稿日期:2014-06-10 基金项目:“十二五”国家支撑计划资助项目(2011BAE13B09) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.019:http://journals.ustb.edu.cn
第 36 卷 第 11 期 2014 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol. 36 No. 11 Nov. 2014 带烟气循环的 W 型辐射管流动传热及 NOx 排放特性 冯俊小1,2) ,姜 敏1) ,周闻华1) ,吴启明3) ,向顺华4) 1) 北京科技大学机械工程学院,北京 100083 2) 北京科技大学高校节能与环保工程研究中心,北京 100083 3) 北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司,北京 100176 4) 宝钢研究院,上海 201900 通信作者,E-mail: jiangmin19901224@ 163. com 摘 要 为解决 W 型辐射管温度均匀性差和 NOx 排放过高的问题,提出了一种新型带烟气循环的 W 型辐射管,建立了该辐 射管的数学模型,并运用数值计算的方法进行了模拟研究. 在验证模型可靠的基础上,对带烟气循环的 W 型辐射管和常规 W 型辐射管的流场、温度场和 NOx 排放进行了比较. 结果表明: 带烟气循环的 W 型辐射管气体平均流速是常规 W 型辐射管气 体流速的 3 倍,有 57. 6% 的烟气参与再循环; 带烟气循环的 W 型辐射管中气体燃烧最高温度为 2260 K,比 W 型辐射管低 192 K; 带烟气循环的 W 型辐射管壁面温差为 166 K,比常规 W 型辐射管的壁面温差小 76 K; 带烟气循环的 W 型辐射管的 NOx 排 放量 9. 9 × 10 - 5,而 W 型辐射管的 NOx 排放达到 7. 98 × 10 - 4,高出将近 7 倍. 关键词 辐射管; 流动传热; 烟气; 温度; 氮氧化物; 气体排放; 数值模拟 分类号 TF 055 Flow heat transfer and NOx emission characteristic of W-shaped radiant tubes with flue gas circulation FENG Jun-xiao1,2) ,JIANG Min1) ,ZHOU Wen-hua1) ,WU Qi-ming3) ,XIANG Shun-hua4) 1) School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Beijing Engineering Research Center for Energy Saving and Environmental Protection,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083, China 3) CERI Phoenix Industrial Furnace Corporation,Beijing 100176,China 4) Baosteel Research Institute,Shanghai 201900,China Corresponding author,E-mail: jiangmin19901224@ 163. com ABSTRACT In order to solve the large wall temperature difference and high NOx emission of W-shaped radiant tubes,this article introduces a kind of W-shaped radiant tube with flue gas circulation. A mathematical model of the radiant tube is established and the radiant tube is studied by the method of numerical calculation. On the basis of the model’s reliability,the velocity field,temperature field and NOx emission are compared between the radiant tube and a conventional W-shaped radiant tube. The average gas velocity of the new radiant tube is three times that of the conventional radiant tube,and 57. 6% flue gas is involved in recombustion in the new radiant tube. The maximum combustion temperature of the new radiant tube is 2260 K,which is 192 K lower than that of the conventional radiant tube. The wall temperature difference of the new radiant tube is 166 K,which is 76 K lower than that of the conventional radiant tube. The NOx emission of the new radiant tube is 9. 9 × 10 - 5,but the NOx emission of the conventional radiant tube is 7. 98 × 10 - 4, nearly seven times higher. KEY WORDS radiant tubes; heat transfer; flue gas; temperature; nitrogen oxides; gas emission; numerical simulation 收稿日期: 2014--06--10 基金项目: “十二五”国家支撑计划资助项目( 2011BAE13B09) DOI: 10. 13374 /j. issn1001--053x. 2014. 11. 019; http: / /journals. ustb. edu. cn 金属热处理能在改变工件显微组织或工件表面 化学成分的同时不改变工件形状,能改善工件的力 学性能、物理性能和化学性能,最终达到工业需求, 是机械制造中最重要的手段之一. 目前广泛使用于
第11期 冯俊小等:带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO,排放特性 ·1553· 热处理炉的燃气辐射管,具有保证产品加热质量,炉 部热点所引起的应力集中.辐射管内气体依次通过 内气氛可控等优点,成为被工业热处理广为青睐的 第一直管、第一弯管、第二直管、第二弯管、第三直 一种加热装置. 管、第三弯管和第四直管,在第四直管尾部烟气分成 辐射管的主要性能参数包括表面温度均匀性、 两股流体,一部分进入烟气循环管参与循环流动,另 使用寿命、热效率以及污染物NO,气体排放 一部分烟气进入空气换热器 量-习.目前使用的U型和W型辐射管的温度均 匀性较差B-且NO,排放量高.辐射管管体温度 烟气 均匀性差会导致辐射管应力增大,管体变形严 重6-9,影响辐射管的寿命.为解决辐射管的温度 均匀性和NO,排放问题,进一步研发了带烟气循环 的P型和双a型辐射管P-0.为了提高辐射管热效 率集中开发了高效换热器和蓄热式辐射管1-回 近年来,一些学者还研发了辐射管的分级燃烧 1一烧嘴:2、4、6、8一第一、二、三、四直管段:3、5、7一第一、二、三 器3-0、辐射管的新型材料、辐射管的内插 弯管段:9一烟气循环管 件6-m等来提高辐射管的性能.本文重点对新型 图1带烟气循环的W型辐射管基本结构示意图 Fig.1 Structure of a Wshaped radiant tube with flue gas circulation 带烟气循环的W型辐射管的温度均匀性和NO,排 放进行研究,并与常规的W型辐射管的性能进行 2计算模型 对比 2.1物理模型及网格划分 1 带烟气循环的W型辐射管结构及热过程 对带烟气循环的W型辐射管进行三维实体建 分析 模,采用Gambit进行网格划分,考虑到辐射管模型 W型辐射管由于没有循环烟管,相比有循环烟 的对称性,取1/2模型进行数值计算.由于带烟气 管的P型、双P型辐射管等,燃烧中心温度较高,辐 循环W型辐射管结构复杂,故采用网格分块划分方 射管表面温差大,NO,排放高.采用炉外掺入烟气 法,连接烟气循环管的部分直管和烟气循环管采用 或其他稀释剂的形式,管道及气体混合控制较复杂 非结构化网格,其余部分用结构化网格,如图2(b) 受P型等带有烟气循环的辐射管启发,在W型辐射 所示.对烧嘴处位置进行网格加密处理,截面网格 管的第四直管段及第一直管段之间添加回流烟管, 如图2(a)所示.为了检验网格的独立性,使网格数 将部分烟气引至火焰燃烧中心处,设计了带烟气循 从80万逐渐增加至150万.计算结果显示在这个 环的W型辐射管结构,如图1所示.辐射管整体管 范围内烟气出口温度变化率小于3%,说明网格具 长4800mm,辐射管直径为184mm. 有独立性.本次计算的辐射管模型主体结构化网格 该辐射管最大的特点是具有烟气循环管,预热 单元格长度5mm,网格总数139万.其中,98%的网 空气和燃气进入烧嘴混合燃烧,气体从烧嘴喷口喷 格扭曲度在0.5以下. 出后与烟气循环管中的烟气混合继续燃烧,一方面 2.2数学模型 稀释此处氧含量,另一方面高温循环烟气能够减少 2.2.1流场和温度场求解 管壁温差和局部热点,提高温度分布均匀性,缓解局 研究中选取的数学模型有连续性方程、N一S方 (b) 图2带烟气循环的W型辐射管网格划分示意图.()辐射管烧嘴截面网格划分示意图:()辐射管及整体网格划分示意图 Fig.2 Mesh generation of a W-shaped radiant tube with flue gas circulation:(a)mesh generation of the burner section:(b)whole mesh generation of the W-shaped radiant tube
第 11 期 冯俊小等: 带烟气循环的 W 型辐射管流动传热及 NOx 排放特性 热处理炉的燃气辐射管,具有保证产品加热质量,炉 内气氛可控等优点,成为被工业热处理广为青睐的 一种加热装置. 辐射管的主要性能参数包括表面温度均匀性、 使用 寿 命、热效率以及污染物 NOx 气 体 排 放 量[1 - 2]. 目前使用的 U 型和 W 型辐射管的温度均 匀性较差[3 - 4]且 NOx 排放量高[5]. 辐射管管体温度 均匀性差会导致辐射管应力增大,管 体 变 形 严 重[6 - 8],影响辐射管的寿命. 为解决辐射管的温度 均匀性和 NOx 排放问题,进一步研发了带烟气循环 的 P 型和双 a 型辐射管[9 - 10]. 为了提高辐射管热效 率集中开发了高效换热器和蓄热式辐射管[11 - 12]. 近年 来,一些学者还研发了辐射管的分级燃烧 器[13 - 14]、辐射管的新型材料[15]、辐 射 管 的 内 插 件[16 - 17]等来提高辐射管的性能. 本文重点对新型 带烟气循环的 W 型辐射管的温度均匀性和 NOx 排 放进行研究,并与常规的 W 型辐射管的性能进行 对比. 图 2 带烟气循环的 W 型辐射管网格划分示意图. ( a) 辐射管烧嘴截面网格划分示意图; ( b) 辐射管及整体网格划分示意图 Fig. 2 Mesh generation of a W-shaped radiant tube with flue gas circulation: ( a) mesh generation of the burner section; ( b) whole mesh generation of the W-shaped radiant tube 1 带烟气循环的 W 型辐射管结构及热过程 分析 W 型辐射管由于没有循环烟管,相比有循环烟 管的 P 型、双 P 型辐射管等,燃烧中心温度较高,辐 射管表面温差大,NOx 排放高. 采用炉外掺入烟气 或其他稀释剂的形式,管道及气体混合控制较复杂. 受 P 型等带有烟气循环的辐射管启发,在 W 型辐射 管的第四直管段及第一直管段之间添加回流烟管, 将部分烟气引至火焰燃烧中心处,设计了带烟气循 环的 W 型辐射管结构,如图 1 所示. 辐射管整体管 长 4800 mm,辐射管直径为 184 mm. 该辐射管最大的特点是具有烟气循环管,预热 空气和燃气进入烧嘴混合燃烧,气体从烧嘴喷口喷 出后与烟气循环管中的烟气混合继续燃烧,一方面 稀释此处氧含量,另一方面高温循环烟气能够减少 管壁温差和局部热点,提高温度分布均匀性,缓解局 部热点所引起的应力集中. 辐射管内气体依次通过 第一直管、第一弯管、第二直管、第二弯管、第三直 管、第三弯管和第四直管,在第四直管尾部烟气分成 两股流体,一部分进入烟气循环管参与循环流动,另 一部分烟气进入空气换热器. 1—烧嘴; 2、4、6、8—第一、二、三、四直管段; 3、5、7—第一、二、三 弯管段; 9—烟气循环管 图 1 带烟气循环的 W 型辐射管基本结构示意图 Fig. 1 Structure of a W-shaped radiant tube with flue gas circulation 2 计算模型 2. 1 物理模型及网格划分 对带烟气循环的 W 型辐射管进行三维实体建 模,采用 Gambit 进行网格划分,考虑到辐射管模型 的对称性,取 1 /2 模型进行数值计算. 由于带烟气 循环 W 型辐射管结构复杂,故采用网格分块划分方 法,连接烟气循环管的部分直管和烟气循环管采用 非结构化网格,其余部分用结构化网格,如图 2( b) 所示. 对烧嘴处位置进行网格加密处理,截面网格 如图 2( a) 所示. 为了检验网格的独立性,使网格数 从 80 万逐渐增加至 150 万. 计算结果显示在这个 范围内烟气出口温度变化率小于 3% ,说明网格具 有独立性. 本次计算的辐射管模型主体结构化网格 单元格长度 5 mm,网格总数 139 万. 其中,98% 的网 格扭曲度在 0. 5 以下. 2. 2 数学模型 2. 2. 1 流场和温度场求解 研究中选取的数学模型有连续性方程、N--S 方 · 3551 ·
·1554 北京科技大学学报 第36卷 程、标准k一ε湍流模型、能量守恒方程和组分传输 (5)自然对流换热系数:1Wm2·K-1. 模型:在计算燃烧反应速率和辐射时分别采用涡耗 (6)炉温:1223K. 散燃烧模型和离散坐标辐射模型,参照文献8]. 在计算过程中,气体组分的比热容、热导率及动 2.2.2污染物排放的求解 力黏度随温度呈线性变化,混合气体的吸收率选择 对辐射管燃烧过程中的流场、温度场和组分场 灰气体加权平均模型,采用分离变量法隐式格式求 求解完毕后,对其进行NO,排放量的计算.NO,的 解,压力与速度耦合采用SIMPLE算法,各方程参量 生成机理有三种:热力型NO.、瞬时型NO,和燃料 的离散采用一阶迎风格式,由于在烟气回流区域的 型NO·对于以天然气为燃料的辐射管来说,主要 流动比较复杂,为了避免计算发散,将动量方程的松 是热力型NO,和瞬时型NO两种.其综合生成速 弛因子降低至0.5,k方程、ε方程和湍流黏度的松 率可参照文献19-20]. 弛因子都降低至0.6,数值计算收敛的判据是各计 2.3边界条件及求解方法 算参量残差小于10-4以及回流烟气的质量流量不 本文研究的带烟气循环的W型辐射管以天然 再变化. 气作为燃料,并假定天然气成分为CH4,热值为 2.4模型验证 35900k·m-3,辐射管的燃气输入功率为160kW,空 实验用来测量W型辐射管表面温度的是K型 气消耗系数为1.1,具体边界条件如下. 铠装热电偶,精度等级1级.为了尽量减小测量带 (1)燃气入口:质量流量入口,3.21×10-3kg· 来的误差,采用多次测量取平均值的方法得到辐射 s1,温度300K. 管表面温度,实验数据可靠.利用开发的模型对W (2)空气入口:质量流量入口,6.06×10-2kg· 型辐射管在与实验相同的工况下进行数值模拟,将 s1,温度900K. 模拟结果与实验数据进行对比,见图3和表1.数值 (3)烟气出口:压力出口,表压-600Pa 计算与实验结果误差在5%以内,说明模型符合 (4)管壁:601合金钢,壁厚3mm,发射率0.85. 实际 140 (a 炉温1272K 1320 1380 炉温1197K —一模拟值 1300 一模拟值 1360 。实验值 ·实验值 1280 1340 ◆ 1260 1320 1240 1300 1220 1200 1280 ■ 1180 126 0 2000 40006000 8000 2000 4000 6000 8000 辐射管气体流动距离/mm 辐射管气体流动距离/mm 图3辐射管轴向表面温度分布.(a)炉温1272K:(b)炉温1197K Fig.3 Surface temperature distribution of the radiant tube as a function fo axial position:(a)furance temperature 1272 K:(b)furance temperature 1197K 表1数值模拟与实验结果对比 Table I Comparison between simulation and experimental results 辐射管平均温度/K 出口N0,体积分数106 炉温K 数值模拟结果 实验结果 相对误差/% 数值模拟结果 实验结果 相对误差/% 1272 1313 1299 1.08 123 118 4.24 1197 1237 1227 0.81 115 107 7.47 N0,体积分数为准,根据GB28665一2012《轧钢工 3 实验结果与分析 业大气污染物排放标准》,本文将出口处NO,的体 工业测量NO,的排放时一般以出口处烟气 积分数折算为8%含氧量下的体积分数
北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 程、标准 k--ε 湍流模型、能量守恒方程和组分传输 模型; 在计算燃烧反应速率和辐射时分别采用涡耗 散燃烧模型和离散坐标辐射模型,参照文献[18]. 2. 2. 2 污染物排放的求解 对辐射管燃烧过程中的流场、温度场和组分场 求解完毕后,对其进行 NOx 排放量的计算. NOx 的 生成机理有三种: 热力型 NOx、瞬时型 NOx 和燃料 型 NOx . 对于以天然气为燃料的辐射管来说,主要 是热力型 NOx 和瞬时型 NOx 两种. 其综合生成速 率可参照文献[19 - 20]. 2. 3 边界条件及求解方法 本文研究的带烟气循环的 W 型辐射管以天然 气作为 燃 料,并假定天然气成分为 CH4,热值 为 35900 kJ·m - 3,辐射管的燃气输入功率为 160 kW,空 气消耗系数为 1. 1,具体边界条件如下. ( 1) 燃气入口: 质量流量入口,3. 21 × 10 - 3 kg· s - 1,温度 300 K. ( 2) 空气入口: 质量流量入口,6. 06 × 10 - 2 kg· s - 1,温度 900 K. ( 3) 烟气出口: 压力出口,表压 - 600 Pa. ( 4) 管壁: 601 合金钢,壁厚 3 mm,发射率 0. 85. ( 5) 自然对流换热系数: 1 W·m - 2·K - 1 . ( 6) 炉温: 1223 K. 在计算过程中,气体组分的比热容、热导率及动 力黏度随温度呈线性变化,混合气体的吸收率选择 灰气体加权平均模型,采用分离变量法隐式格式求 解,压力与速度耦合采用 SIMPLE 算法,各方程参量 的离散采用一阶迎风格式,由于在烟气回流区域的 流动比较复杂,为了避免计算发散,将动量方程的松 弛因子降低至 0. 5,k 方程、ε 方程和湍流黏度的松 弛因子都降低至 0. 6,数值计算收敛的判据是各计 算参量残差小于 10 - 4 以及回流烟气的质量流量不 再变化. 2. 4 模型验证 实验用来测量 W 型辐射管表面温度的是 K 型 铠装热电偶,精度等级 1 级. 为了尽量减小测量带 来的误差,采用多次测量取平均值的方法得到辐射 管表面温度,实验数据可靠. 利用开发的模型对 W 型辐射管在与实验相同的工况下进行数值模拟,将 模拟结果与实验数据进行对比,见图 3 和表 1. 数值 计算与实验结果误差 在 5% 以 内,说 明 模 型 符 合 实际. 图 3 辐射管轴向表面温度分布. ( a) 炉温 1272 K; ( b) 炉温 1197 K Fig. 3 Surface temperature distribution of the radiant tube as a function fo axial position: ( a) furance temperature 1272 K; ( b) furance temperature 1197 K 表 1 数值模拟与实验结果对比 Table 1 Comparison between simulation and experimental results 炉温/K 辐射管平均温度/K 出口 NOx 体积分数/10 - 6 数值模拟结果 实验结果 相对误差/% 数值模拟结果 实验结果 相对误差/% 1272 1313 1299 1. 08 123 118 4. 24 1197 1237 1227 0. 81 115 107 7. 47 3 实验结果与分析 工业 测 量 NOx 的排放时一般以出口处烟气 NOx 体积分数为准,根据 GB 28665—2012《轧钢工 业大气污染物排放标准》,本文将出口处 NOx 的体 积分数折算为 8% 含氧量下的体积分数. · 4551 ·
第11期 冯俊小等:带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO,排放特性 ·1555· 3.1流场对比分析 内气体流动过程中,W型辐射管的平均气体流速为 带烟气循环W型辐射管较之W型辐射管由于 8.62ms-,而带烟气循环的W型辐射管内大部分 增加了回流管,使一部分烟气能够再次进入主燃烧 气体流动速度较快,经计算,其平均气体流速为 直管段参与再次燃烧,选取相同结构的烧嘴及边界 24.48ms',是常规W型辐射管的3倍左右,并通 条件.通过计算得到W型与带烟气循环W型辐射 过计算可知有57.6%的烟气进入了回流管,参与再 管的速度分布如图4所示.从图中能够看出,在管 燃烧 速度ms) ■62.9 50.3 37.7 25.1 12.6 0 (a) (b) 图4W型和带烟气循环W型辐射管速度分布云图.()W型辐射管:(b)带烟气循环W型辐射管 Fig.4 Comparison of velocity contours between a Wshaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation:(a)Wshaped ra- diant tube:(b)W-shaped radiant tube with flue gas circulation 回流的烟气汇入第一燃烧直管,会与燃烧中心 不同循环管截面处气体的速度分布,如图6所示,发 气体混合,并且“干扰”其原有的流动,截取不同第 现对于回流管来说,其气体的分布是不均匀的,而是 -燃烧直管位置,距离喷口位置X=100mm,200 偏向循环管的外径端气体流速更快,随着回流管气 mm,300mm,400mm查看W型辐射管与带烟气循 体流向第一燃烧直管,其相对高速气体区域范围扩 环W型辐射管速度分布的情况,如图5.从图中可 大,管内流场倾向于均匀 以看出,W型辐射管内气体速度呈现同心圆对称分 3.2温度场对比分析 布,而带烟气循环W型辐射管由于回流气体的掺 3.2.1气体温度场分析 入,改变了原有的同心圆对称分布,呈现偏向一侧的 图7为W型辐射管和带烟气循环W型辐射管 腰鼓型分布,这种气体的分布形式对于带烟气循环 内气体温度分布云图.从图中可知,带烟气循环的 W型辐射管来说是特有的 W型辐射管由于烟气回流的关系,其燃烧区的温度 带烟气循环W型辐射管多了循环管结构,观察 有所降低,W型辐射管燃烧峰值温度在2450K左 x=100 mm x=200 mm x=300 mm x=400 mm 6 x=100 mm x=200 mm 00 mm x=400 mm 图5W型与带烟气循环W型辐射管第一燃烧直管不同轴向位置速度分布.()W型辐射管:(b)带烟气循环W型辐射管 Fig.5 Velocity contours of different axial positions between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation:(a)W- shaped radiant tube:(b)W-shaped radiant tube with flue gas circulation
第 11 期 冯俊小等: 带烟气循环的 W 型辐射管流动传热及 NOx 排放特性 3. 1 流场对比分析 带烟气循环 W 型辐射管较之 W 型辐射管由于 增加了回流管,使一部分烟气能够再次进入主燃烧 直管段参与再次燃烧,选取相同结构的烧嘴及边界 条件. 通过计算得到 W 型与带烟气循环 W 型辐射 管的速度分布如图 4 所示. 从图中能够看出,在管 内气体流动过程中,W 型辐射管的平均气体流速为 8. 62 m·s - 1,而带烟气循环的 W 型辐射管内大部分 气体流动速度较快,经 计 算,其平均气体流速为 24. 48 m·s - 1,是常规 W 型辐射管的 3 倍左右,并通 过计算可知有 57. 6% 的烟气进入了回流管,参与再 燃烧. 图 4 W 型和带烟气循环 W 型辐射管速度分布云图. ( a) W 型辐射管; ( b) 带烟气循环 W 型辐射管 Fig. 4 Comparison of velocity contours between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation: ( a) W-shaped radiant tube; ( b) W-shaped radiant tube with flue gas circulation 图 5 W 型与带烟气循环 W 型辐射管第一燃烧直管不同轴向位置速度分布. ( a) W 型辐射管; ( b) 带烟气循环 W 型辐射管 Fig. 5 Velocity contours of different axial positions between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation: ( a) Wshaped radiant tube; ( b) W-shaped radiant tube with flue gas circulation 回流的烟气汇入第一燃烧直管,会与燃烧中心 气体混合,并且“干扰”其原有的流动,截取不同第 一燃烧直管位置,距离喷口位置 X = 100 mm,200 mm,300 mm,400 mm 查看 W 型辐射管与带烟气循 环 W 型辐射管速度分布的情况,如图 5. 从图中可 以看出,W 型辐射管内气体速度呈现同心圆对称分 布,而带烟气循环 W 型辐射管由于回流气体的掺 入,改变了原有的同心圆对称分布,呈现偏向一侧的 腰鼓型分布,这种气体的分布形式对于带烟气循环 W 型辐射管来说是特有的. 带烟气循环 W 型辐射管多了循环管结构,观察 不同循环管截面处气体的速度分布,如图 6 所示,发 现对于回流管来说,其气体的分布是不均匀的,而是 偏向循环管的外径端气体流速更快,随着回流管气 体流向第一燃烧直管,其相对高速气体区域范围扩 大,管内流场倾向于均匀. 3. 2 温度场对比分析 3. 2. 1 气体温度场分析 图 7 为 W 型辐射管和带烟气循环 W 型辐射管 内气体温度分布云图. 从图中可知,带烟气循环的 W 型辐射管由于烟气回流的关系,其燃烧区的温度 有所降低,W 型辐射管燃烧峰值温度在 2450 K 左 · 5551 ·
·1556· 北京科技大学学报 第36卷 x=700 mm -600mm =400mm 200 ■的 x=700 mm =600 mm x=400 mm x=200 mm 图6带烟气循环W型辐射管回流管不同界面速度分布云图 Fig.6 Velocity contours of different positions in the circulating tube of a W-shaped radiant tube with flue gas circulation 温度K ■2450 2160 1880 1590 1160 3 730 300 a 图7W型与带烟气循环W型辐射管气体温度分布云图.()W型辐射管:(b)带烟气循环W型辐射管 Fig.7 Comparison of middle section temperature contours between a W-shaped radiant tube and a W-haped radiant tube with flue gas circulation: (a)W-shaped radiant tube:(b)W-shaped radiant tube with flue gas circulation 右,而带烟气循环W型辐射管只有2160K左右,并 循环的W型辐射管气体平均温度分布的曲线图. 且带烟气循环W型辐射管的高温分布范围更大,由 从图中可以看出:W型辐射管的气体温度最高值达 此可以推断其表面温度均匀性应更好. 到2300K左右,整体出现较集中的高温区,表现为 图8是不同轴向位置的W型辐射管和带烟气 2000K以上的温度区集中出现在距离烧嘴喷口位置 1500mm范围内,即第一燃烧直管端,而之后的管段 2400 温度则逐渐降低,整个W型辐射管气体温度波动较 2200 一W型辐射管 --循环W型辐射管 大:而带烟气循环W型辐射管内气体平均温度分布 2000 较为缓和,气体燃烧最高温度只有1800K左右, 1800 1500K以上的温度区分布与距离烧嘴喷口轴向距离 3200mm范围内,分布较为广泛,相比W型辐射管 1600 其气体温度波动较小,更为均匀,这种分布不仅能够 1400 有效降低燃烧区高温,减少NO的生成,降低对环 1200 境的污染负担,还能够提高辐射管壁面温度分布的 1000 200030004000 5000 均匀性,从而减少应力集中,延长辐射管使用寿命 轴向距离/mm 图8W型与带烟气循环的W型辐射管轴向不同截面气体平均 3.2.2壁面温度场分析 温度分布 图9是W型与带烟气循环的W型辐射管壁面 Fig.8 Comparison of average temperature profiles along the axis be- 温度云图.从图中可以看出,W型辐射管壁面温度 tween a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue 与带烟气循环的W型辐射管的最小值基本相同,但 gas recirculation 是其壁面温度最大值明显要大于带烟气循环的W
北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 6 带烟气循环 W 型辐射管回流管不同界面速度分布云图 Fig. 6 Velocity contours of different positions in the circulating tube of a W-shaped radiant tube with flue gas circulation 图 7 W 型与带烟气循环 W 型辐射管气体温度分布云图. ( a) W 型辐射管; ( b) 带烟气循环 W 型辐射管 Fig. 7 Comparison of middle section temperature contours between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation: ( a) W-shaped radiant tube; ( b) W-shaped radiant tube with flue gas circulation 右,而带烟气循环 W 型辐射管只有 2160 K 左右,并 且带烟气循环 W 型辐射管的高温分布范围更大,由 此可以推断其表面温度均匀性应更好. 图 8 W 型与带烟气循环的 W 型辐射管轴向不同截面气体平均 温度分布 Fig. 8 Comparison of average temperature profiles along the axis between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas recirculation 图 8 是不同轴向位置的 W 型辐射管和带烟气 循环的 W 型辐射管气体平均温度分布的曲线图. 从图中可以看出: W 型辐射管的气体温度最高值达 到 2300 K 左右,整体出现较集中的高温区,表现为 2000 K 以上的温度区集中出现在距离烧嘴喷口位置 1500 mm 范围内,即第一燃烧直管端,而之后的管段 温度则逐渐降低,整个 W 型辐射管气体温度波动较 大; 而带烟气循环 W 型辐射管内气体平均温度分布 较为缓和,气体燃烧最高温度只有 1800 K 左 右, 1500 K 以上的温度区分布与距离烧嘴喷口轴向距离 3200 mm 范围内,分布较为广泛,相比 W 型辐射管 其气体温度波动较小,更为均匀,这种分布不仅能够 有效降低燃烧区高温,减少 NOx 的生成,降低对环 境的污染负担,还能够提高辐射管壁面温度分布的 均匀性,从而减少应力集中,延长辐射管使用寿命. 3. 2. 2 壁面温度场分析 图 9 是 W 型与带烟气循环的 W 型辐射管壁面 温度云图. 从图中可以看出,W 型辐射管壁面温度 与带烟气循环的 W 型辐射管的最小值基本相同,但 是其壁面温度最大值明显要大于带烟气循环的 W · 6551 ·
第11期 冯俊小等:带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO,排放特性 ·1557· 型辐射管,即W型辐射管的壁面温差大,约为250K 170K左右,这正是烟气循环所带来的明显改善壁 左右,而带烟气循环的W型辐射管壁面温差则约为 面温度均匀性的作用 温度K 温度K 1470 11390 1430 1370 1410 1340 1370 1310 1330 1280 1270 1250 1250 1220 1220 图9W型与带烟气循环W型辐射管壁面温度分布云图.()W型辐射管:(b)带烟气循环的W型辐射管 Fig.9 Comparison of surface temperature contours between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation:(a)W- shaped radiant tube:(b)W-shaped radiant tube with flue gas circulation 对比W型及带烟气循环的W型辐射管壁面温 了燃料燃烧在高温区集中放热,降低火焰峰值,减小 度,见表2.从表中可以看出,W型辐射管壁面温差 辐射管壁面温度的最大值,而烟气同时以较大速度 要比带烟气循环W型辐射管高76K.这是因为带 在整个管内流动,并且一部分循环流动,更加使壁面 烟气循环的W型辐射管具有回流烟气,而回流烟气 温度趋于一致,温度均匀性得到提升 返回至燃烧区时,稀释了高温区中氧含量,从而抑制 表2W型与带烟气循环的W型辐射管壁面温度数据对比 Table 2 Comparison of surface temperature between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation 辐射管 壁面最高温度/K 壁面最低温度/K 平均温度/K 温差/K 温度不均匀系数 W型 1470 1228 1288 242 0.1645 带烟气循环的W型 1395 1229 1286 166 0.1190 对比W型及循环型的W型辐射管各个壁面传 管与普通W型相比,第一直管、第一弯管和第二直 热情况,如表3所示.从表中可以看出:W型辐射管 管的传热热量为75.21%,更多的传热量分布到后 的传热量主要靠第一直管、第一弯管和第二直管,这 面的弯管和直管段,这能使辐射管辐射出的热量更 三管段的传热热量占总量的87.43%,而其余弯管 均匀分布,减少辐射热量局部集中,有利于提高被加 和直管段则传热量较少;而带烟气循环的W型辐射 热产品的加热质量,但带烟气循环的W型辐射管的 表3W型及带烟气循环的W型辐射管壁面放热量对比 Table 3 Comparison of heat transfer between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas recirculation 辐射管 位置 总传热量/kW 面积/m2 传热热量kW占总传热比例/% 热效率/% 第一直管 1.01 65.02 54.14 第一弯管 0.25 13.90 11.57 第二直管 0.83 28.08 21.72 W型 第二弯管 128.10 0.25 5.80 3.16 80.06 第三直管 0.83 10.50 6.24 第三弯管 0.25 1.14 0.95 第四直管 1.06 2.66 2.21 第一直管 1.08 56.72 45.50 第一弯管 0.25 10.78 8.65 第二直管 0.84 26.26 21.07 第二弯管 0.25 7.30 5.86 带烟气循环的W型 124.66 77.9 第三直管 0.84 12.74 10.22 第三弯管 0.25 2.56 2.05 第四直管 1.18 6.90 5.54 循环管 0.42 1.40 1.12
第 11 期 冯俊小等: 带烟气循环的 W 型辐射管流动传热及 NOx 排放特性 型辐射管,即 W 型辐射管的壁面温差大,约为 250 K 左右,而带烟气循环的 W 型辐射管壁面温差则约为 170 K 左右,这正是烟气循环所带来的明显改善壁 面温度均匀性的作用. 图 9 W 型与带烟气循环 W 型辐射管壁面温度分布云图. ( a) W 型辐射管; ( b) 带烟气循环的 W 型辐射管 Fig. 9 Comparison of surface temperature contours between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation: ( a) Wshaped radiant tube; ( b) W-shaped radiant tube with flue gas circulation 对比 W 型及带烟气循环的 W 型辐射管壁面温 度,见表 2. 从表中可以看出,W 型辐射管壁面温差 要比带烟气循环 W 型辐射管高 76 K. 这是因为带 烟气循环的 W 型辐射管具有回流烟气,而回流烟气 返回至燃烧区时,稀释了高温区中氧含量,从而抑制 了燃料燃烧在高温区集中放热,降低火焰峰值,减小 辐射管壁面温度的最大值,而烟气同时以较大速度 在整个管内流动,并且一部分循环流动,更加使壁面 温度趋于一致,温度均匀性得到提升. 表 2 W 型与带烟气循环的 W 型辐射管壁面温度数据对比 Table 2 Comparison of surface temperature between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas circulation 辐射管 壁面最高温度/K 壁面最低温度/K 平均温度/K 温差/K 温度不均匀系数 W 型 1470 1228 1288 242 0. 1645 带烟气循环的 W 型 1395 1229 1286 166 0. 1190 对比 W 型及循环型的 W 型辐射管各个壁面传 热情况,如表 3 所示. 从表中可以看出: W 型辐射管 的传热量主要靠第一直管、第一弯管和第二直管,这 三管段的传热热量占总量的 87. 43% ,而其余弯管 和直管段则传热量较少; 而带烟气循环的 W 型辐射 管与普通 W 型相比,第一直管、第一弯管和第二直 管的传热热量为 75. 21% ,更多的传热量分布到后 面的弯管和直管段,这能使辐射管辐射出的热量更 均匀分布,减少辐射热量局部集中,有利于提高被加 热产品的加热质量,但带烟气循环的W型辐射管的 表 3 W 型及带烟气循环的 W 型辐射管壁面放热量对比 Table 3 Comparison of heat transfer between a W-shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas recirculation 辐射管 位置 总传热量/ kW 面积/m2 传热热量/ kW 占总传热比例/% 热效率/% W 型 第一直管 第一弯管 第二直管 第二弯管 第三直管 第三弯管 第四直管 128. 10 1. 01 65. 02 54. 14 0. 25 13. 90 11. 57 0. 83 28. 08 21. 72 0. 25 5. 80 3. 16 0. 83 10. 50 6. 24 0. 25 1. 14 0. 95 1. 06 2. 66 2. 21 80. 06 带烟气循环的 W 型 第一直管 第一弯管 第二直管 第二弯管 第三直管 第三弯管 第四直管 循环管 124. 66 1. 08 56. 72 45. 50 0. 25 10. 78 8. 65 0. 84 26. 26 21. 07 0. 25 7. 30 5. 86 0. 84 12. 74 10. 22 0. 25 2. 56 2. 05 1. 18 6. 90 5. 54 0. 42 1. 40 1. 12 77. 9 · 7551 ·
·1558+ 北京科技大学学报 第36卷 热效率比常规的W型辐射管低2.16%. (3)带烟气循环的W型辐射管内气体燃烧最 3.3NO.排放对比分析 高温度为2260K,而普通W型辐射管的气体燃烧最 图10给出了W型辐射管及带烟气循环的W 高温度则高达2452K,高出192K:W型辐射管N0 型辐射管在不同距离烧嘴喷口的轴向位置面的平均 排放量高达7.98×10-4,而带烟气循环的W型辐射 NO,体积分数.从图中可以看出:对于W型辐射 管则只有9.9×105,烟气循环对W型辐射管N0 管,在距离烧嘴喷口0~1000mm范围内是其NO. 排放降低效果显著. 生成的主要区域,同时结合图8中气体温度分布,也 正是在此区域辐射管内气体燃烧温度较高,并且分 参考文献 布较为集中,N0.生成量大并且迅速达到7×10-4, 在距离烧嘴喷口1500mm以后的区域则没有更多的 [1]Scribano G,Solero G,Coghe A.Pollutant emissions reduction and NO生成:对于带烟气循环的W型辐射管,在距离 performance optimization of an industrial radiant tube burner.Exp Therm Fluid Sci,2006,30(7):605 烧嘴喷口1000mm范围内逐渐生成体积分数约8× 2] Tiwari M K,Mukhopadhyay A,Sanyal D.Parameter optimization 105的N0,到达9.9×10-5之后便不再有更多的 through performance analysis of model based control of a batch heat NO,产生.W型辐射管的NO,生成量能达到带烟气 treatment furnace with low NO,radiant tube burner.Energy Con- 循环的W型辐射管的7倍左右,说明回流烟气对于 ers Manage,2005,46(13/14):2114 降低NO,生成的效果是相当显著的 B] Wu C B,Xu P Y,Yang J,et al.Experimental research on sur- face temperature distribution of U-shaped radiant-ube.Chin Process Eng,2008,8(Suppl 1)189 800 (伍成波,许鹏彦,杨进,等.U型辐射管的表面温度分布实 验研究.过程工程学报,2008,8(增刊1):189) 600 一循环W型 --…找型 4]Ou J P,Ma A C,Zhan S H,et al.Numerical simulation on sur- face temperature distribution of a U-ype regenerative radiant-ube. 400 Heat Treat Met.2005,30(1)74 (欧俭平,马爱纯,占树华,等.U型蓄热式辐射管表面温度 200 分布数值模拟研究.金属热处理,2005,30(1):74) [5] Ma D,Cheng S M,Wu C B,et al.Numerical simulation on com- bustion of low NO,emission in radiant-tube with regenerative com- bustor.Energy Metall Ind,2008,27(1):26 1000 200030004000 5000 (马丁,程淑明,伍成波,等.蓄热式辐射管中低NO,燃烧过 轴向距离/mm 程的数值模拟.治金能源,2008,27(1):26) 图10W型与带烟气循环W型辐射管不同轴向截面平均NO, 6 Irfan M,Chapman W.Thermal stresses in radiant tubes:a com- 体积分数 parison between recuperative and regenerative systems.Appl Therm Fig.10 Comparison of NO,profiles along the axis between a W- Eng,2010,30(2/3):196 shaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas recircu- Irfan M A,Chapman W.Thermal stresses in radiant tubes due to lation axial,circumferential and radial temperature distributions.Appl Therm Eng,2009,29(10):1913 4结论 [8]Tari V,Najafizadeh A,Aghaei M,et al.Failure analysis of ethyl- ene cracking tube.J Failure Anal Prev,2009,9(4):316 (1)带烟气循环的W型辐射管内气体的平均 [9]Yang S A,Jiang Z Y,Zhang XX,et al.Surface temperature dis- 流速达24.48m·s-1,而普通W型辐射管的平均流 tribution of P-ype radiant tube with regenerative bumer.Ind Fur 速只有8.62ms1,带烟气循环的W型辐射管内气 ance,2005,27(2):1 (杨思安,姜泽毅,张欣欣,等.P型蓄热式辐射管的表面温 体流速是普通W型的3倍左右,有57.6%的烟气进 度分布.工业炉,2005,27(2):1) 入了回流管,参与循环 [1o] Feng J X,Cao Y P,Man Y,et al.Heat transfer characteristic of (2)带烟气循环的W型辐射管壁面温差为166 double type gas fried radiant tube by CFD simulation.Energy K,温度不均匀系数为0.1190,而W型辐射管壁面 Metall Ind,2014,33(1):14 温差为242K,温度不均匀系数为0.1645,带烟气循 (冯俊小,曹亚平,满毅,等.基于CD双a型燃气辐射管燃 烧的传热特性.治金能源,2014,33(1):14) 环的W型辐射管壁面温度均匀性显著改善。在热 [11]Feng JX,Wang H Y,Wu Q M,et al.Structural optimization 效率方面,W型辐射管热效率为80.06%,而带烟气 and numerical simulation of gas-fired radiant tube heat exchang- 循环的W型辐射管热效率降了2.2%. ers.J Univ Sci Technol Beijing,2013,35(7):935
北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 热效率比常规的 W 型辐射管低 2. 16% . 3. 3 NOx 排放对比分析 图 10 给出了 W 型辐射管及带烟气循环的 W 型辐射管在不同距离烧嘴喷口的轴向位置面的平均 NOx 体积分数. 从图中可以看出: 对于 W 型辐射 管,在距离烧嘴喷口 0 ~ 1000 mm 范围内是其 NOx 生成的主要区域,同时结合图 8 中气体温度分布,也 正是在此区域辐射管内气体燃烧温度较高,并且分 布较为集中,NOx 生成量大并且迅速达到 7 × 10 - 4, 在距离烧嘴喷口 1500 mm 以后的区域则没有更多的 NOx 生成; 对于带烟气循环的 W 型辐射管,在距离 烧嘴喷口 1000 mm 范围内逐渐生成体积分数约 8 × 10 - 5的 NOx,到达 9. 9 × 10 - 5 之后便不再有更多的 NOx 产生. W 型辐射管的 NOx 生成量能达到带烟气 循环的 W 型辐射管的 7 倍左右,说明回流烟气对于 降低 NOx 生成的效果是相当显著的. 图 10 W 型与带烟气循环 W 型辐射管不同轴向截面平均 NOx 体积分数 Fig. 10 Comparison of NOx profiles along the axis between a Wshaped radiant tube and a W-shaped radiant tube with flue gas recirculation 4 结论 ( 1) 带烟气循环的 W 型辐射管内气体的平均 流速达 24. 48 m·s - 1,而普通 W 型辐射管的平均流 速只有 8. 62 m·s - 1,带烟气循环的 W 型辐射管内气 体流速是普通 W 型的 3 倍左右,有 57. 6% 的烟气进 入了回流管,参与循环. ( 2) 带烟气循环的 W 型辐射管壁面温差为 166 K,温度不均匀系数为 0. 1190,而 W 型辐射管壁面 温差为 242 K,温度不均匀系数为 0. 1645,带烟气循 环的 W 型辐射管壁面温度均匀性显著改善. 在热 效率方面,W 型辐射管热效率为 80. 06% ,而带烟气 循环的 W 型辐射管热效率降了 2. 2% . ( 3) 带烟气循环的 W 型辐射管内气体燃烧最 高温度为 2260 K,而普通 W 型辐射管的气体燃烧最 高温度则高达 2452 K,高出 192 K; W 型辐射管 NOx 排放量高达 7. 98 × 10 - 4,而带烟气循环的 W 型辐射 管则只有 9. 9 × 10 - 5,烟气循环对 W 型辐射管 NOx 排放降低效果显著. 参 考 文 献 [1] Scribano G,Solero G,Coghe A. Pollutant emissions reduction and performance optimization of an industrial radiant tube burner. Exp Therm Fluid Sci,2006,30( 7) : 605 [2] Tiwari M K,Mukhopadhyay A,Sanyal D. Parameter optimization through performance analysis of model based control of a batch heat treatment furnace with low NOx radiant tube burner. Energy Convers Manage,2005,46( 13 /14) : 2114 [3] Wu C B,Xu P Y,Yang J,et al. Experimental research on surface temperature distribution of U-shaped radiant-tube. Chin J Process Eng,2008,8( Suppl 1) : 189 ( 伍成波,许鹏彦,杨进,等. U 型辐射管的表面温度分布实 验研究. 过程工程学报,2008,8( 增刊 1) : 189) [4] Ou J P,Ma A C,Zhan S H,et al. Numerical simulation on surface temperature distribution of a U-type regenerative radiant-tube. Heat Treat Met,2005,30( 1) : 74 ( 欧俭平,马爱纯,占树华,等. U 型蓄热式辐射管表面温度 分布数值模拟研究. 金属热处理,2005,30( 1) : 74) [5] Ma D,Cheng S M,Wu C B,et al. Numerical simulation on combustion of low NOx emission in radiant-tube with regenerative combustor. Energy Metall Ind,2008,27( 1) : 26 ( 马丁,程淑明,伍成波,等. 蓄热式辐射管中低 NOx 燃烧过 程的数值模拟. 冶金能源,2008,27( 1) : 26) [6] Irfan M,Chapman W. Thermal stresses in radiant tubes: a comparison between recuperative and regenerative systems. Appl Therm Eng,2010,30( 2 /3) : 196 [7] Irfan M A,Chapman W. Thermal stresses in radiant tubes due to axial,circumferential and radial temperature distributions. Appl Therm Eng,2009,29( 10) : 1913 [8] Tari V,Najafizadeh A,Aghaei M,et al. Failure analysis of ethylene cracking tube. J Failure Anal Prev,2009,9( 4) : 316 [9] Yang S A,Jiang Z Y,Zhang X X,et al. Surface temperature distribution of P-type radiant tube with regenerative burner. Ind Furance,2005,27( 2) : 1 ( 杨思安,姜泽毅,张欣欣,等. P 型蓄热式辐射管的表面温 度分布. 工业炉,2005,27( 2) : 1) [10] Feng J X,Cao Y P,Man Y,et al. Heat transfer characteristic of double-a type gas fried radiant tube by CFD simulation. Energy Metall Ind,2014,33( 1) : 14 ( 冯俊小,曹亚平,满毅,等. 基于 CFD 双 a 型燃气辐射管燃 烧的传热特性. 冶金能源,2014,33( 1) : 14) [11] Feng J X,Wang H Y,Wu Q M,et al. Structural optimization and numerical simulation of gas-fired radiant tube heat exchangers. J Univ Sci Technol Beijing,2013,35( 7) : 935 · 8551 ·
第11期 冯俊小等:带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO,排放特性 ·1559· (冯俊小,王宏宇,吴启明,等。燃气辐射管换热器的结构优 bumners with porous ceramic inserts.Exp Therm Fluid Sci,1992, 化与数值模拟.北京科技大学学报,2013,35(7):935) 5(6):848. 02] Rafidi N,Blasiak W,Jewartowski M,et al.Increase of the ef- [17]Liu X L,Wen Z,Tian Y,et al.A Gas Radiant Tube:China Pa- fective energy from the radiant tube equipped with regenerative tent,200920220381.200910-29 system in comparison with conventional recuperative system. (刘训良,温治,田野,等.一种燃气辐射管:中国专利, IFRF Combust J,2005(3):1 200920220381.2009-10-29) [3]Tsioumanis N,Brammer JC,Hubert J.Flow processes in a ra- D8] Feng JX,Jiang M,Cao Y P,et al.Numerical investigation on diant tube burner:isothermal flow.Fuel,2008,87(1):103 the low NO,emission of W-shaped radiant tubes.I Unie Sci [14]Tsioumanis N,Brammer J G.Hubert J.Flow processes in ra- Technol Beijing,2014,36(8):1094 diant tube burner:combusting flow.Energy Convers Manage, (冯俊小,姜敏,曹亚平,等.W型辐射管低NO,排放的数 2011,52(7):2667 值研究.北京科技大学学报,2014,36(8):1094) [15]Dini C,Vahgefi S MM,Lotfiani M,et al.Computational and [19]Wu X,Huang G Q,Liang H Y.Release control model of NO,in experimental failure analysis of continuous-annealing fumace ra- natural gas combustion.Chem Ind Eng Prog,2007,26(1):109 diant tubes exposed to excessive temperature.Eng Failure Anal, (吴筱,黄国强,梁红英.天然气燃烧中NO,减排的数学模 2008,15(5):445 型.化工进展,2007,26(1):109) [16]Goeckner B A,Helmich D R,McCarthy T A,et al.Radiative 220]Shudo T,Mizide T.NO.emission characteristics in rich-ean heat transfer augmentation of natural gas flames in radiant tube combustion of hydrogen.JSAE Rer,2002,23 (1):9
第 11 期 冯俊小等: 带烟气循环的 W 型辐射管流动传热及 NOx 排放特性 ( 冯俊小,王宏宇,吴启明,等. 燃气辐射管换热器的结构优 化与数值模拟. 北京科技大学学报,2013,35( 7) : 935) [12] Rafidi N,Blasiak W,Jewartowski M,et al. Increase of the effective energy from the radiant tube equipped with regenerative system in comparison with conventional recuperative system. IFRF Combust J,2005( 3) : 1 [13] Tsioumanis N,Brammer J G,Hubert J. Flow processes in a radiant tube burner: isothermal flow. Fuel,2008,87( 1) : 103 [14] Tsioumanis N,Brammer J G,Hubert J. Flow processes in radiant tube burner: combusting flow. Energy Convers Manage, 2011,52( 7) : 2667 [15] Dini G,Vahgefi S M M,Lotfiani M,et al. Computational and experimental failure analysis of continuous-annealing furnace radiant tubes exposed to excessive temperature. Eng Failure Anal, 2008,15( 5) : 445 [16] Goeckner B A,Helmich D R,McCarthy T A,et al. Radiative heat transfer augmentation of natural gas flames in radiant tube burners with porous ceramic inserts. Exp Therm Fluid Sci,1992, 5( 6) : 848. [17] Liu X L,Wen Z,Tian Y,et al. A Gas Radiant Tube: China Patent,200920220381. 2009-10-29 ( 刘训良,温治,田 野,等. 一种燃气辐射管: 中 国 专 利, 200920220381. 2009--10--29) [18] Feng J X,Jiang M,Cao Y P,et al. Numerical investigation on the low NOx emission of W-shaped radiant tubes. J Univ Sci Technol Beijing,2014,36( 8) : 1094 ( 冯俊小,姜敏,曹亚平,等. W 型辐射管低 NOx 排放的数 值研究. 北京科技大学学报,2014,36( 8) : 1094) [19] Wu X,Huang G Q,Liang H Y. Release control model of NOx in natural gas combustion. Chem Ind Eng Prog,2007,26( 1) : 109 ( 吴筱,黄国强,梁红英. 天然气燃烧中 NOx 减排的数学模 型. 化工进展,2007,26( 1) : 109) [20] Shudo T,Mizuide T. NOx emission characteristics in rich-lean combustion of hydrogen. JSAE Rev,2002,23( 1) : 9 · 9551 ·