徐钱等：分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究 ·105· 时，各个管段的壁面传热量相对均匀：整个辐射管的热 以看出，增加支管处的空燃气量在一定程度上可以提高 效率由65.07%降低到62.22%，降低了3%.由此可 辐射管壁面温度的均匀性，但是会引起热效率的降低. 表4各管段的壁面传热量 Table 4 Wall heat transfer in each pipe section 燃气分配比 总传热量/W 中心管传热量/W 三通管传热量/W 支管传热量/W 回流管传热量/W 热效率/% 9:0.5:0.5 104107.0 31823.08 24757.61 37350.65 10175.64 65.07 8:1:1 102533.6 31913.65 23275.78 36552.88 10391.27 63.46 7:1.5:1.5 101205.7 32921.74 21754.96 35918.78 10610.22 63.25 6:2:2 100652.5 33226.15 20566.78 36080.40 10779.16 62.91 5:2.5:2.5 99827.24 34367.09 20253.33 33687.92 11518.92 62.39 4:3:3 99955.92 35384.28 18832.78 33525.65 12213.22 62.47 3:3.5:3.5 99547.68 36236.56 16896.72 33407.88 13006.52 62.22 辐射管的综合整体性能最优，有助于提高辐射管寿命 4结论 (1)支管通入空气时，随着支管通入空气量的增 参考文献 加，辐射管内气体整体速度变小，可延长辐射管的使用 寿命，辐射管的气体温度分布更加均匀：通入空气量占 [1]Ahanj M D,Rahimi M,Alsairafi AA.CFD modeling of a radiant 总空气量的25%时，辐射管壁面温差最大，辐射管热 tube heater.Int Commun Heat Mass Transfer,2012,39(3):432 [2]Tsioumanis N,Brammer JC,Hubert J.Flow processes in a ra- 效率最高 diant tube burner:isothermal flow.Fuel,2008,87(1):103 (2)支管通入燃气时，主管和支管通入燃气量比 [3]Tsioumanis N,Brammer JG,Hubert J.Flow processes in a ra- 例对辐射管内气体流动速度影响较小：当支管通入燃 diant tube bumner:combusting flow.Energy Conrers Manage, 气量增加时，主管处燃烧高温区逐渐减小，支管和回流 2011,52(7):2667 管处气体温度提高，整个辐射管内气体温度分布越来 [4]Feng J X,Jiang M,Zhou W H,et al.Flow heat transfer and NO. emission characteristic of W-shaped radiant tubes with flue gas cir- 越均匀：燃烧最高温度由1675K升高到1820K:支管 culation.J Univ Sci Technol Beijing,2014,36(11):1552 通入燃气量占总燃气量从5%增加到35%的过程中， (冯俊小，姜敏，周闻华，等.带烟气循环的W型镉射管流动 分区分级燃气辐射管的壁面温差先减小后增大，支管 传热及N0,排放特性.北京科技大学学报，2014,36(11)： 通入燃气量为20%时辐射管壁面温差最小，壁面温度 1552) 均匀性最好 [5]Feng J X,Jiang M,Cao Y P,et al.Numerical investigation on (3)支管以相同空燃比同时通入空气和燃气时， the low NO,emission of W-shaped radiant tubes.J Unig Sci Technol Beijing,2014,36(8):1094 随着主管通入空燃气量的减少，整个辐射管内气体流 (冯俊小，姜敏，曹亚平，等.W型辐射管低O,排放的数值 动速度减小，支管通入空燃气量增加不利于烟气回流 研究.北京科技大学学报，2014,36(8)：1094) 到主管参与再循环燃烧.当主管通入空燃气量减小 [6] Shen J,Liu JX,Zhang H,et al.NO,emission characteristics of 时，主管处燃烧高温区逐渐减小，支管和回流管处气体 superfine pulverized anthracite coal in air-staged combustion. 温度提高，支管通入空燃气量为总燃气量的25%时， Energy Conrers Manage,2013,74:454 整个辐射管内气体温度分布最均匀：支管通入燃气量 [7]Saleh H E.Effect of exhaust gas recirculation on diesel engine ni- 为20%时辐射管壁面温差最小：支管通入空燃气占总 trogen oxide reduction operating with jojoba methyl ester. Renewable Energy,2009,34(10):2178 气体量的20%时，各个管段的壁面传热量相对均匀； [8]Feng J X,Wang H Y,Wu Q M,et al.Structural optimization and 整个辐射管的热效率降低了3%. numerical simulation of gas-fired radiant tube heat exchangers.I (4)对于采用分级理论的燃气辐射管，单独采用 Univ Sci Technol Beijing,2013,35(7):935 空气分级模式，支管空气量的增加有助于燃气辐射管 (冯俊小，王宏宇，吴启明，等。燃气辐射管换热器的结构优 温度分布更加均匀，空气分配比为5：2.5：2.5时，辐射 化与数值模拟.北京科技大学学报，2013,35(7)：935) [9] Cheng S M,Yong H Q,Wu C B.Decreasing of NO,emission in 管热效率最高，总体性能最好；单独采用燃气分级模 fired-natural gas radiant-tube with regenerative combustor.J 式，对整个辐射管效率影响不大，不建议单独采用.但 Chongqing Univ,2008,31(3):271 选取适当比例采用空燃比分级模式，平衡辐射管热效 (程淑明，雍海泉，伍成波.降低天然气蓄热式辐射管烟气中 率及温度均匀性之间关系，空燃气分配比为6：2：2时， N0,的实验.重庆大学学报，2008.31(3)：271)徐 钱等: 分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究 时,各个管段的壁面传热量相对均匀;整个辐射管的热 效率由 65郾 07% 降低到 62郾 22% ,降低了 3% . 由此可 以看出,增加支管处的空燃气量在一定程度上可以提高 辐射管壁面温度的均匀性,但是会引起热效率的降低. 表 4 各管段的壁面传热量 Table 4 Wall heat transfer in each pipe section 燃气分配比 总传热量/ W 中心管传热量/ W 三通管传热量/ W 支管传热量/ W 回流管传热量/ W 热效率/ % 9颐 0郾 5颐 0郾 5 104107郾 0 31823郾 08 24757郾 61 37350郾 65 10175郾 64 65郾 07 8颐 1颐 1 102533郾 6 31913郾 65 23275郾 78 36552郾 88 10391郾 27 63郾 46 7颐 1郾 5颐 1郾 5 101205郾 7 32921郾 74 21754郾 96 35918郾 78 10610郾 22 63郾 25 6颐 2颐 2 100652郾 5 33226郾 15 20566郾 78 36080郾 40 10779郾 16 62郾 91 5颐 2郾 5颐 2郾 5 99827郾 24 34367郾 09 20253郾 33 33687郾 92 11518郾 92 62郾 39 4颐 3颐 3 99955郾 92 35384郾 28 18832郾 78 33525郾 65 12213郾 22 62郾 47 3颐 3郾 5颐 3郾 5 99547郾 68 36236郾 56 16896郾 72 33407郾 88 13006郾 52 62郾 22 4 结论 (1) 支管通入空气时,随着支管通入空气量的增 加,辐射管内气体整体速度变小,可延长辐射管的使用 寿命,辐射管的气体温度分布更加均匀;通入空气量占 总空气量的 25% 时,辐射管壁面温差最大,辐射管热 效率最高. (2) 支管通入燃气时,主管和支管通入燃气量比 例对辐射管内气体流动速度影响较小;当支管通入燃 气量增加时,主管处燃烧高温区逐渐减小,支管和回流 管处气体温度提高,整个辐射管内气体温度分布越来 越均匀;燃烧最高温度由 1675 K 升高到 1820 K;支管 通入燃气量占总燃气量从 5% 增加到 35% 的过程中, 分区分级燃气辐射管的壁面温差先减小后增大,支管 通入燃气量为 20% 时辐射管壁面温差最小,壁面温度 均匀性最好. (3) 支管以相同空燃比同时通入空气和燃气时, 随着主管通入空燃气量的减少,整个辐射管内气体流 动速度减小,支管通入空燃气量增加不利于烟气回流 到主管参与再循环燃烧. 当主管通入空燃气量减小 时,主管处燃烧高温区逐渐减小,支管和回流管处气体 温度提高,支管通入空燃气量为总燃气量的 25% 时, 整个辐射管内气体温度分布最均匀;支管通入燃气量 为 20% 时辐射管壁面温差最小;支管通入空燃气占总 气体量的 20% 时,各个管段的壁面传热量相对均匀; 整个辐射管的热效率降低了 3% . (4) 对于采用分级理论的燃气辐射管,单独采用 空气分级模式,支管空气量的增加有助于燃气辐射管 温度分布更加均匀,空气分配比为 5颐 2郾 5颐 2郾 5 时,辐射 管热效率最高,总体性能最好;单独采用燃气分级模 式,对整个辐射管效率影响不大,不建议单独采用. 但 选取适当比例采用空燃比分级模式,平衡辐射管热效 率及温度均匀性之间关系,空燃气分配比为 6颐 2颐 2时, 辐射管的综合整体性能最优,有助于提高辐射管寿命. 参 考 文 献 [1] Ahanj M D, Rahimi M, Alsairafi A A. CFD modeling of a radiant tube heater. Int Commun Heat Mass Transfer, 2012, 39(3): 432 [2] Tsioumanis N, Brammer J G, Hubert J. Flow processes in a ra鄄 diant tube burner: isothermal flow. Fuel, 2008, 87(1): 103 [3] Tsioumanis N, Brammer J G, Hubert J. Flow processes in a ra鄄 diant tube burner: combusting flow. Energy Convers Manage, 2011, 52(7): 2667 [4] Feng J X, Jiang M, Zhou W H, et al. Flow heat transfer and NOx emission characteristic of W鄄shaped radiant tubes with flue gas cir鄄 culation. J Univ Sci Technol Beijing, 2014, 36(11): 1552 (冯俊小, 姜敏, 周闻华, 等. 带烟气循环的 W 型辐射管流动 传热及 NOx 排放特性. 北京科技大学学报, 2014, 36 (11): 1552) [5] Feng J X, Jiang M, Cao Y P, et al. Numerical investigation on the low NOx emission of W鄄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) [6] Shen J, Liu J X, Zhang H, et al. NOx emission characteristics of superfine pulverized anthracite coal in air鄄staged combustion. Energy Convers Manage, 2013, 74: 454 [7] Saleh H E. Effect of exhaust gas recirculation on diesel engine ni鄄 trogen oxide reduction operating with jojoba methyl ester. Renewable Energy, 2009, 34(10): 2178 [8] Feng J X, Wang H Y, Wu Q M, et al. Structural optimization and numerical simulation of gas鄄fired radiant tube heat exchangers. J Univ Sci Technol Beijing, 2013, 35(7): 935 (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) [9] Cheng S M, Yong H Q, Wu C B. Decreasing of NOx emission in fired鄄natural gas radiant鄄tube with regenerative combustor. J Chongqing Univ, 2008, 31(3): 271 (程淑明, 雍海泉, 伍成波. 降低天然气蓄热式辐射管烟气中 NOx 的实验. 重庆大学学报, 2008, 31(3): 271) ·105·