一种无焰氧化燃烧器的燃烧模拟及概念设计

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1、工程硕士学位论文一种无焰氧化燃烧器的燃烧模拟及概念设计作者姓名张金琦工程领域化学工程校内指导教师解东来教授校外指导教师王业勤工程师所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年3月CombustionSimulationandConceptualDesignofaFlamelessOxidationBurnerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangJinqiSupervisors：Prof.XieDonglaiMr.WangYeqinSouthChinaUn

2、iversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK16学校代号：10561学号：201521019032华南理工大学硕士学位论文（一种无焰氧化燃烧器的燃烧模拟及概念设计）作者姓名：张金琦指导教师姓名、职称：解东来教授王业勤工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：化学工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：天然气利用论文提交日期：2018年3月13日论文答辩日期：2018年3月21日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李国庆委

3、员：解东来、李亚军、蒋翔、黄金摘要1989年，在用高温预热空气降低NO的实验中首次发现无焰氧化现象。无焰氧化燃烧可以被定义为：在一定的高温烟气循环率条件下产生的看不见火焰轮廓的稳定燃烧。国外经过近40年的研究，已经形成成熟的技术，无焰氧化燃烧器也实现了工业化。国内对无焰氧化的研究较晚且没有成熟的工业无焰氧化燃烧器。无焰氧化燃烧器较传统燃烧器有很多优点：燃烧温度均匀、温度辐射范围大、污染物排放量低、高效节能和低噪音等。本文针对扩散式无焰氧化燃烧，总结前人经验并结合实际工况，选择了适合本研究的反应机理模型，具体包括：1、基本控制方程：

4、能量、动量、质量以及组分守恒方程。2、湍流流动模型选择了雷诺平均模型（RANS）中的Standardk-ε湍流模型。3、辐射模型采用P-1辐射模型。4、组分输运及反应流模型使用有限速率模型中的ED模型。5、污染物生成模型包括了热力型和快速型。运用Fluent模拟了某15kW的无焰氧化燃烧器的燃烧过程，研究了空气喷嘴数目、气体射流速度、空气射流入射角度和烟气出口位置对炉内燃烧情况的影响。分析模拟结果，得到较为满意的燃烧器配置：空气喷嘴数目为6、空气射流平行于燃气射流轴线、烟气出口在下方。3针对本课题组与四川亚联高科技股份有限公司合作

5、研发的一款10Nm/h的小型天然气水蒸气重整制氢装置，设计了一款额定热负荷为15kW的扩散式无焰氧化燃烧器，用于该重整制氢装置的热量供应。该燃烧器结构简单、高效节能、形成的燃烧没有明显火焰锋面、炉内温度分布较为均匀、NOx排放量低。关键词：无焰氧化；数值模拟；燃烧器；设计IAbstractTheflamelessoxidationwasdiscoveredin1989duringtrialsaimedatNO-reductionincombustionwithhighlypreheatedair.Theflamelessoxida

6、tioncanbedefinedas:stablecombustionwithoutflamewithadefinedrecirculationrateofhotcombustionproducts.Afternearly40yearsofresearch,maturetechnologiesofflamelessoxidationhadbeenformed,andflamelessoxidationburnershadalsobeenindustrializedinEuropeanandAmerica.Theresearchon

7、flamelessoxidationinChinaislaterthanthatinothercountries.MatureindustrialflamelessoxidationburnershavenotbeendevelopedinChinaeither.Theflamelessoxidationburnerhasmanyadvantagesthantheconventionalburner,suchas:uniformcombustiontemperature,largetemperatureradiationrange

8、,lowpollutantemission,highefficiency,energysaving,andlownoise.Summinguptheexperienceofpredecessorsandconsideringactualcondit