蓄热式燃烧技术的应用研究

分类号密级UDC学位论文蓄热式燃烧技术的应用研究作者姓名：刘伟娜指导教师：陈文仲副教授东北大学工程热物理研究所申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：工程热物理论文提交日期：2008年3月论文答辩日期：学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：东北大学2008年3月ADissertationinEngineeringThermophysicsApplicationandStudyofRegenerativeCombustionTechnologybyLiuWeinaSupervisor:AssociateProfessorChenWenzhongNortheasternUniversityMarch2008-I-独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：东北大学硕士学位论文摘要-II-蓄热式燃烧技术的应用研究摘要蓄热式高温空气燃烧技术是20世纪90年代兴起的集节能、环保等多重优点的高新技术，是被国际燃烧界公认的燃烧领域的革命。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧，把回收烟气余热与高效燃烧及降低NOX排放量等技术有机地结合起来，从而实现节能和降低污染物排放量的双重目的。本文就蓄热式高温空气燃烧技术的原理、历史发展进程及国内外研究状况进行了全面系统地综述，并针对该技术的优势、特点和我国工业炉窑应用该技术的前景进行了分析。通过分析得知采用周期蓄热式燃烧技术，能够扩展火焰的燃烧区域，使得炉膛温度均匀，延长炉衬寿命，并且由于炉内气流方向交替变换，加强了炉内传热，炉膛平均温度升高，加热速度提高。本文根据蓄热式高温空气燃烧的机理，注重高温空气燃烧技术应用，确定和设计出了新型燃烧器的理论计算和设计方案，并推出VB计算程序。同时根据设计计算方案加工实验模型，并进行实验测试，通过改变蜂窝式蓄热体和小球式蓄热体的填充尺寸，得到不同结构参数和操作参数下的测量数据，找出蓄热室的热工参数包括蓄热室的综合换热系数、压力损失、气流分布状况，推导出切实可行的式子。此外，应用Fluent数值模拟软件，对采用蓄热式燃烧技术和不采用蓄热式燃烧技术的炉窑内部工况进行模拟，包括温度场、浓度场以及低NOX的预测，对比两种情况下的模拟结果验证蓄热式燃烧技术的优越性。可以确信，通过蓄热式燃烧技术在工业炉界的推广使用，对节能和环保事业必将有重大的推动作用。关键词：蓄热式高温空气燃烧技术；节能；环保；数值模拟；NOX东北大学硕士学位论文Abstract-III-ApplicationandStudyofRegenerativeCombustionTechnologyAbstractRegenerativecombustiontechnologyisanewhightechnologystartedfrom90thcentury.Itiswidelyrecognizedastherevolutionofcombustionsciencebyinternationalcombustioncircleswithmulti-characteristic,suchasenergysaving,environmentalprotectionandsoon.Thispapersystematicallysummarizestheprinciple,historicdevelopmentandresearchstatusofregenerativecombustiontechnologyinandoutofcountrywhichisalsocalledashightemperatureaircombustiontechnology(HTAC),andatthesametimeanalyzesthemeritsandcharacteristicofthetechnology;finally,analyzesitsprospectappliedinindustrialfurnaceofourcountry.Withtheapplicationofregenerativecombustiontechnology,furnacetemperatureisaverageandlininglifecanbeprolonged,besides,meantemperatureofthefurnaceisrosenandheatingrateisenhancedbecauseoftheairstream’sswitchinginthefurnace.Forthesakeofthestudyandapplicationofthistechnology,thepaperdesignstheregenerativeburnerwithexactprojectanddesigning-calculatingtheoryinthebaseoftheprincipleofit.TheVBprogramisalsogained.Designerscaneasilyderivetheparametersofburnerbyit.Thentheexperimentalmodelismadefortesting.Withtheexperimentaldata,thepaperdeducesmanyformulasoftheparametersincludingthecoefficientofheattransfer,pressureloss,airstreamdistribution.Atlast,withtheFluentsoftware,thepapermakesnumericalsimulationofthefurnaceworkingconditionthatadoptsHTAC.Thenthetemperaturefield,densityfieldcanbedescribed.ThequantityofNOXcanbealsopredicted.Therefore,thesuperiorityofHTACisobvious.Itistruethatapplicationofthetechnologywillgiveagreatimpulsetotheenergysavingandenvironmentalprotection.Keywords:regenerativecombustiontechnology;energysaving;environmentalprotection;numericalsimulation;NOX东北大学硕士学位论文目录-IV-目录独创性声明....................................................................................................................I摘要...........................................................................................................................IIABSTRACT.................................................................................................................III目录..........................................................................................................................IV第1章绪论................................................................................................................11.1蓄热式高温空气燃烧技术概述.........................................................................11.2蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理及优势.................................................21.2.1蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理.......................................................21.2.2蓄热式高温空气燃烧技术的优势...............................................................31.3蓄热式高温空气燃烧技术的研究进展.............................................................41.4蓄热式高温空气燃烧技术的应用前景.............................................................51.5本文主要研究内容.............................................................................................6第2章蓄热式燃烧实验系统的研制..........................................................................72.1蓄热式燃烧器的研制方案.................................................................................72.1.1蓄热烧嘴.......................................................................................................72.1.2蓄热体...........................................................................................................82.1.3换向阀及换向时间.......................................................................................92.1.4蓄热式燃烧器的具体实施方案.................................................................102.2蓄热式燃烧器的设计实例...............................................................................112.2.1烧嘴设计..............................................