箱形管式炉多喷口旋流燃烧技术研究.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：084305 箱形管式炉多喷口旋流燃烧技术研究 1 1 1 1 2 2 2 靳世平 ，张喜来 ，王晓墨 ，龙妍 ，戴鸣 ，顾镇均 ，陶军 (1华中科技大学能源与动力工程学院,武汉430074; 2宝钢股份有限公司,上海201900) (Tel Email:jsping@) 摘要：对矩形截面的箱形管式加热炉提出一种底部向上整体旋流燃烧方式，这种旋流由多个倾斜向上 的喷口射流形成，且涡旋不止一个。冷态流场数值模拟和试验表明旋流加强了炉子下部流动的均匀性， 热态试验和工业应用结果表明，炉膛下部燃烧和传热得到强化，出口烟温下降，炉子热效率显著提高。 关键词：箱形管式炉，旋流燃烧，强化传热，节能 0 前言 石油和煤化工行业是耗能大户，其中管式加热炉是重要的供热设备。为了达到节能 的目的，现在管式炉的设计均在炉膛辐射段烟气出口加装对流段，有的在对流段出口再 [1] 加装空气预热器来降低排烟温度 。对于那些热效率不高，结构条件不允许作过多改变 的圆筒形管式加热炉，通过将多喷口直流向上的燃烧方式改为多喷口旋流向上燃烧方式， 强化了炉膛燃烧和传热，可以有效降低炉膛出口烟气温度，提高炉子热效率[2][3]。对大 量的矩形截面的箱形管式炉，类似的可以通过喷口不同方向的倾斜排列形成两个以上的 气流旋涡，以此种方式达到强化燃烧和传热的目的。本研究以宝钢化工公司的箱形管式 加热炉为对象，进行了一系列冷、热态模拟对比试验和工业应用研究。 1 流场模拟对比及冷态试验 1.1 研究对象结构与试验模型 研究对象的原理结构见图1。 图1 箱形管式焦油加热炉结构原理示意图 资助项目：“973 ”计划子课题（No. 2007CB206901 ） 炉料为焦油，由炉膛上部炉管进料，经加热后从下部炉管流出。炉管排列在炉膛两 恻墙边，端墙没有布置炉管。5 个燃烧器一字排列在炉底板上，火焰向上燃烧，炉顶开 有两个矩形烟孔，将排出烟气再汇聚到烟囱中向上排放。 为了分析对比，针对上述加热炉，制作了一个缩小尺寸的炉子模型，以便对该炉子 进行流场数值模拟和流动显示对比研究。图2是模型的结构和尺寸简化图。 图2 模拟简化示意图 模型为箱形结构，上部为斜面，顶部有两个模拟烟道的开口，并对模型划分了若干 纵截面和横截面，且加以编号。对于炉底部燃烧器的布置，分为两种形式，一种是底部 向上5个喷嘴成单排布置，另一种是底部倾斜向上喷嘴成双排布置，其倾斜的方向，从 顶部看可以形成两个反向旋（见图3）。 图3炉底板燃烧器喷口布置方式 1.2 流场模拟对比 首先采用 fluent 计算软件进行炉内冷态流动的数值模拟对比，其入口条件为：两 种燃烧器的排列方式下，总质量流量和出口流速一样，总质量流量m 0.0648 kg/s；出 V口速度为：m 7s.2 / 。边界条件为：壁面为无滑移边界条件，出口为充分发展条件。