W型辐射管_W型辐射管加热装置的性能分析

      本实验研究了采用烟气回流技术的W型辐射管加热装置的性能。研究认为，烟气回流和分级燃烧不仅能保证燃料的完全燃烧，还能有 效抑 制NOx的产生。烟气中的NOx含量小于70×10-6。高 效换热器可提高热回收效率，换热器热效率大于百分之五十一，辐射管综合热效率达到百分之77.1。
      基于商业软件FLUENT，采用RNGRNG模型和非预混燃烧模型，建立了烟气回流W型辐射管燃烧器的燃烧和传热三维数学模型，模拟辐射管内的湍流和燃烧状态，获得出口NOx排放的计算结果；通过与相应实验数据的比较，验证了该模型的可靠性。分析了辐射管内流体流动、传热和燃烧的特点，研究了气体流量和空气预热温度对辐射管使用性能的影响；结果表明，气体流量的增加会增加辐射管壁温度的不均匀性，热温度则相反；两者与辐射管的加热 能力呈正相关，但都会增加出口烟气中的NOx含量。
      随着我国国际化进程的不断发展，我国钢铁企业产品制造过程中对加热的要求越来越高品与炉内高温气氛接触引起的脱碳和氧化，间接加热技术应用越来越广泛。辐射管是实现间接加热功能的重要热设备。如何提高辐射管表面的温度均匀性，延长其使用寿命已成为国内外学者的重要目标；同时，随着节能减排政策的不断实施，如何合理降低辐射管内高温燃烧产品中的氮氧化物含量也成为许多学者努力的方向。本文对W型辐射管的热过程进行了三维数值模拟研究，建立了包括燃烧器在内的W型辐射管热过程物理模型和数学模型，并通过现有的实验数据验证了模型的准确性；模拟分析比较了单步反应机制和多步反应机制，研究了W型辐射管内热过程的流动和燃烧特性，研究了不同操作参数对W型辐射管热过程的影响，以及两种结构中燃烧器的性能；通过ANSYStaticstructuctural模块预测辐射管热过程中管壁热应力的分布。数值模拟的主要结论包括：辐射管壁温度分布不均匀与管体结构特征密切相关；通过对比发现，甲烷的多步反应机制可以更好地预测管体内的燃烧和流动；不同的燃烧器结构对辐射管内的燃烧和流动有显著影响，不同的操作参数对辐射管的使用性能也有很大的影响，进口气体速度的提高会增加辐射管壁面的不均匀性，当气体流量从30m~3/h提高到70m~3/h时，配风盘式燃烧器辐射管出口烟气内的NOx浓度也会增加百分之八十八；这种影响的优缺点也与燃烧器结构密切相关，同时，燃烧筒式燃烧器辐射管出口的NOx浓度会降低百分之五十二；优化燃烧器结构可有 效降低管壁热应力，延长辐射管的工作寿命。