探索燃硫炉的数值模拟及其结构优化研究

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1、广西大学硕士学位论文燃硫炉的数值模拟及其结构优化研究姓名：唐军申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：黄永春;童张法20080606燃硫炉的数值模拟及其结构优化研究摘要燃硫炉是制糖工业中用来制备二氧化硫气体的主要设备。燃硫炉燃烧室的燃烧过程包括流体流动、传热、传质和化学反应以及它们之间相互作用的复杂的物理化学变化。长期以来，燃硫炉燃烧室结构的优化设计方法主要是依靠经验。随着燃烧学和计算流体力学的迅速发展，数值模拟在燃烧方面得到了广泛的应用，为燃烧室的结构优化设计研究提供了有力的工具。本文针对燃硫炉燃烧室的结构及硫磺燃烧的特点，建立了燃硫炉

2、燃烧室中燃烧过程的数学物理模型。其中数学模型是以连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程及组分守恒方程为基础的控制方程，物理模型包括标准的七一￡湍流模型、通用有限速率／涡耗散模型、非预混合燃烧反应模型和蒸发离散项模型。并设置了合理的边界条件及模型的求解方法。通过对传统自熔式燃硫炉燃烧室中在不同过量空气系数仅时的燃烧过程进行了数值模拟，得出最佳过量空气系数a为1．6，以及燃烧室中的速度场、温度场及各组分浓度场。通过对传统自熔式燃硫炉燃烧室内流场分析，结果表明其燃烧室中存在空气与燃气混合不均匀，导致燃烧不均匀，使出口燃气存在大量S2及S03。在最

3、佳的及条件下，出口燃气中，S02摩尔分数达到13．O％，S2的摩尔分数达到O．011％，S03的摩尔分数达到O．088％。为了验证模拟方法的可行性及准确性，将模拟结果与实际运行结果进行比较，结果表明：在边界条件相同的条件下，模拟结果与实际运行结果吻合良好，说明模型的选择是合理的，模拟方法是可靠的。为克服传统自熔式燃硫炉的缺陷，本文选用旋风燃烧方式对硫磺燃烧进行数值模拟研究。由旋风炉的燃烧特性设计出燃烧量6吨／日的立式旋风燃硫炉，通过对立式旋风燃硫炉二次燃烧室在不同过量空气系数仅时的燃烧过程进行了数值模拟，得出最佳过量空气系数a为1．10，以

4、及燃烧室中的速度场、温度场及各组分浓度场。通过各流场分析及利用数值模拟方法对二次燃烧室的结构进行了优化，得到最优结构参数为：增加过度环型燃烧室(过度角450)、混合燃气进口直径西为O：125m、二次空气进口直径以为O．065m、前后燃烧室直径比为l：O．80、二次空气进口高度办为O．80m。在最优结构参数条件下，出口燃气中S02、S2、S03的摩尔分数分别为18．8％、O％、O．0188％。通过对比传统自熔式燃硫炉与立式旋风燃硫炉的燃烧过程的模拟结’’果，表明：旋风立式燃硫炉燃烧室内气体混合均匀，燃烧更完全，出口燃气中S2为零，有极少的S0

5、3生成，S02浓度更高。达到了减少燃烧室中S2和S03的含量，从而提高S02含量的优化设计的目的。关键词：燃硫炉燃烧室数值模拟结构优化ⅡSTUDYONNUMERICALSIMULATIoNOFBRIMSTONEFURNACEANDSTRUCTURALOPTIMIZATIoNABSTRACTnlebr峨ne如rnaIceisoneoft11emaininstallationsi11produciIlgtheSuJpmlrdioxideinsug芦productionproje吨Andt11ecomb呶ionis缸importa呲partof蛐

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