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,1618 北京科技大学学报 第31卷 模拟计算，着重分析了氧含量、压力变化和温度分布 提高炉膛温度和燃烧稳定性等多方面的作用 几方面的燃烧特性， 2200 3燃烧状况对比分析 1800 ￥1400 3.1氧含量及压力的变化 则1000 本文通过FLUENT可以计算整个计算区域的 平均氧含量，四个燃烧器的卷吸量和平均氧含量如 600 表2所示.由表2中数据可以看出，随着喉部面积 209000 0100020003000 的缩小，烟气的卷吸量越来越大，炉膛中氧的平均体 距炉墙距离mm 积分数从4.14%降到1.67%.在实际的燃烧器设 图3沿炉膛中心线的温度变化情况 计过程中，可以通过设计合理的喉部面积来控制卷 Fig.3 Temperature change along the furnace's centerline 吸量，获得具有理想氧含量的助燃空气，实现氧含量 可控的低氧燃烧， 3.3火焰长度 图4为C0体积分数分布图，由于发生炉煤气 表2四个燃烧器的卷吸量及炉腔氧含量 中的主要成分为C0,C0燃尽的区域即为火焰的边 Table 2 Fume entrainment and oxygen concentration in the furnace of four burners 缘，因此可以由C0的体积分数分布来确定火焰的 长度.由上文可知，燃烧器A、B、C和D的卷吸量逐 卷吸量占 计算区域氧的 阻力 最低 燃烧器 空气比例/% 平均体积分数/%损失/Pa负压/Pa 渐增多，所以由图4可以看出，随着卷吸的烟气量增 A 18.1 4.14 344 -416 多，火焰长度逐渐变短，而文献的结论是低氧燃烧会 B 21.3 3.34 563 -625 使火焰体积膨胀、火焰加长，出现这种差异的最主 27.1 2.67 1020 -1100 要原因是变压卷吸式的低氧燃烧方式在冲淡氧含量 C D 33.7 1.67 1120 -2290 的同时还预热了空气，助燃空气中氧含量虽然降低， 但由于其温度升高，燃烧速度不但没有降低，反而加 四个燃烧器都在喉部形成了负压，炉膛中的相 快燃料的燃烧，因此随着烟气卷吸量的增多火焰长 对压力为0，通过该燃烧器后四个燃烧器的阻力损 度会逐渐变短 失和喉部负压如表2所示.可以看出：随着喉部面 030 积的变小，最低负压急剧降低，从这点可以看出，烟 025 气的卷吸量和喉部的负压成对应关系，喉部的负压 是烟气卷吸的驱动力；同时燃烧器的阻力损失也显 著增大，在燃烧器的设计过程中需要注意燃烧器的 压力损失要与嘴前空气压力合理配置，否则难以达 0.05 到合理的流动与燃烧 1000 0 10002000 3000 3.2温度的变化 距炉墙距离mm 由图3的沿炉膛中心线的温度变化曲线可以看 图4C0的体积分数沿炉膛中线的变化情况 出，随着卷吸量的增加，燃料能在温度更高和氧含量 Fig.4 CO volume content change along the furnace's centerline 更低的情况下燃烧，燃料进入炉膛后的燃烧速度加 快，火焰的高温区域逐渐靠近燃烧器，整个火焰的高 4烟气自循环式低氧燃烧器的应用 温区域越来越大，有利于整个炉膛的炉温均匀10]. 炉膛中的最高温度随着卷吸量的增大逐渐增大，炉 渐江某轮毂厂已对该烟气自循环式低氧燃烧器 膛中的平均温度也得到大幅度提高·在燃料供给不 进行了应用实践，应用现场布置如图5所示.根据 变的情况下，炉温升高，说明卷吸的烟气起到了高温 厂方的条件，燃料为冷净发生炉煤气，物料需要 余热的直接回收作用，本计算模型由于炉膛较小， 2.52×10kJh的热量，由两个燃烧器提供，保温 因此炉温的变化比较明显；在实际应用中，由于炉膛 区炉温为900℃，提温区为850℃，火焰的长度控制 较大，效果可能没有这么明显，但是从模拟计算的 在1m以内，但要求能灵活调节热负荷和火焰的 结果可以进一步证明烟气再循环起到了节约燃料、 长度模拟计算着重分析了氧含量、压力变化和温度分布 几方面的燃烧特性． 3 燃烧状况对比分析 3∙1 氧含量及压力的变化 本文通过 FLUENT 可以计算整个计算区域的 平均氧含量．四个燃烧器的卷吸量和平均氧含量如 表2所示．由表2中数据可以看出随着喉部面积 的缩小烟气的卷吸量越来越大炉膛中氧的平均体 积分数从4∙14％降到1∙67％．在实际的燃烧器设 计过程中可以通过设计合理的喉部面积来控制卷 吸量获得具有理想氧含量的助燃空气实现氧含量 可控的低氧燃烧． 表2 四个燃烧器的卷吸量及炉膛氧含量 Table2 Fume entrainment and oxygen concentration in the furnace of four burners 燃烧器 卷吸量占 空气比例／％ 计算区域氧的 平均体积分数／％ 阻力 损失／Pa 最低 负压／Pa A 18∙1 4∙14 344 －416 B 21∙3 3∙34 563 －625 C 27∙1 2∙67 1020 －1100 D 33∙7 1∙67 1120 －2290 四个燃烧器都在喉部形成了负压炉膛中的相 对压力为0通过该燃烧器后四个燃烧器的阻力损 失和喉部负压如表2所示．可以看出：随着喉部面 积的变小最低负压急剧降低从这点可以看出烟 气的卷吸量和喉部的负压成对应关系喉部的负压 是烟气卷吸的驱动力；同时燃烧器的阻力损失也显 著增大在燃烧器的设计过程中需要注意燃烧器的 压力损失要与嘴前空气压力合理配置否则难以达 到合理的流动与燃烧． 3∙2 温度的变化 由图3的沿炉膛中心线的温度变化曲线可以看 出随着卷吸量的增加燃料能在温度更高和氧含量 更低的情况下燃烧燃料进入炉膛后的燃烧速度加 快火焰的高温区域逐渐靠近燃烧器整个火焰的高 温区域越来越大有利于整个炉膛的炉温均匀［10］． 炉膛中的最高温度随着卷吸量的增大逐渐增大炉 膛中的平均温度也得到大幅度提高．在燃料供给不 变的情况下炉温升高说明卷吸的烟气起到了高温 余热的直接回收作用．本计算模型由于炉膛较小 因此炉温的变化比较明显；在实际应用中由于炉膛 较大效果可能没有这么明显．但是从模拟计算的 结果可以进一步证明烟气再循环起到了节约燃料、 提高炉膛温度和燃烧稳定性等多方面的作用． 图3 沿炉膛中心线的温度变化情况 Fig．3 Temperature change along the furnace’s centerline 3∙3 火焰长度 图4为 CO 体积分数分布图．由于发生炉煤气 中的主要成分为 COCO 燃尽的区域即为火焰的边 缘因此可以由 CO 的体积分数分布来确定火焰的 长度．由上文可知燃烧器 A、B、C 和 D 的卷吸量逐 渐增多所以由图4可以看出随着卷吸的烟气量增 多火焰长度逐渐变短而文献的结论是低氧燃烧会 使火焰体积膨胀、火焰加长．出现这种差异的最主 要原因是变压卷吸式的低氧燃烧方式在冲淡氧含量 的同时还预热了空气助燃空气中氧含量虽然降低 但由于其温度升高燃烧速度不但没有降低反而加 快燃料的燃烧因此随着烟气卷吸量的增多火焰长 度会逐渐变短． 图4 CO 的体积分数沿炉膛中线的变化情况 Fig．4 CO volume content change along the furnace’s centerline 4 烟气自循环式低氧燃烧器的应用 浙江某轮毂厂已对该烟气自循环式低氧燃烧器 进行了应用实践．应用现场布置如图5所示．根据 厂方的条件燃料为冷净发生炉煤气物料需要 2∙52×106 kJ·h －1的热量由两个燃烧器提供保温 区炉温为900℃提温区为850℃火焰的长度控制 在1m 以内但要求能灵活调节热负荷和火焰的 长度． ·1618· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷