P型蓄热式辐射管开发研究

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1、北京科技大学博士学位论文摘要燃气辐射管是一种常用的工业加热装置，蓄热式辐射管是用高温空气燃烧技术改造传统的燃气辐射管的产物，目前国内外已开发应用的蓄热式辐射管主要是U型和W型等双烧嘴结构形式的。本课题研究的p型蓄热式辐射管采用单烧嘴结构形式，具有结构简单、温度均匀、燃烧连续、火焰稳定、热效率高和排放低的特点，填补了国内单端型蓄热式辐射管的研究空白。p型蓄热式辐射管是一种单烧嘴结构的蓄热式辐射管，它除了具有一般蓄热式辐射管高效节能的特点之外，与现有的U型和W型蓄热式辐射管相比，减少了烧嘴和控制阀的数量，提高了燃烧的稳定性和系统的可靠性。其p型的外壳形状构造了烟

2、气再循环燃烧的环境，降低燃烧温度峰值，使其壁面温度更加均匀。此外，在烧嘴设计上采用了燃料分级燃烧技术，实现了燃气分级燃烧与烟气再循环燃烧的结合，避免了随着助燃空气温度提高而引起NO,排放量增加的问题，并实现了NOX(<_lppm)近零排放。通过建立辐射管内流动、传热和燃烧的数学模型，利用CFX软件，对辐射管内的流动、传热和燃烧过程进行了三维数值模拟计算。在研发的过程中，数值模拟作为一种有效的工具，贯穿于整个研究过程。在指导实验、优化设计等方面，起到了重要作用。在辐射管壁面温度分布和烟气中NOx组分等方面，数值模拟的结果与实验结果吻合。建立了测试实验台，对实际

3、尺寸的单烧嘴蓄热式辐射管进行了半工业化实验研究，验证了本课题所开发的燃烧系统在点火和换向过程的可靠性，测量了辐射管的壁温和出口烟气组分等数据。实验结果表明，p型蓄热式辐射管具有表面温度分布均匀(950℃炉温时，表面温差小于75'C)、节能(排烟温度可低于2000C)和环保(烟气中NO.组分小于lppm)的特点。通过本课题研究，探索了利用CFD软件辅助热工设备性能评估与优化设计的现代研发方法，研发了具有自主知识产权的p型蓄热式辐射管，取得了两项实用新型专利。研制出的燃烧器达到了NO，的近零排放，为今后研发低污染燃烧器提供了新的技术方案。关键词:辐射管高温空气燃

4、烧CFD蓄热式烧嘴北京科技大学博士学位论文ResearchanddevelopmentofP-typeradianttubewithregenerativeburnerRadianttubewithregenerativeburnerdevelopsfromtypicalfuelradianttubethatisakindofgeneralindustrialheatinginstruments,whichadoptshightemperatureaircombustion(HiTAC)technique.AtpresentmainU-typeandW-ty

5、peregenerativeradianttubeswithdoubleburnerconstructionareappliednativelyandinternationaly.Aimingatthesimplerstructure,uniformtemperaturedistribution,continuouscombustion,steadyflame,higheficiencyandlowexhaust,thisthesisfocusesontheresearchanddevelopmentofP-typeregenerativeradianttu

6、bewithsingleburnerconstruction,whichisaninnovativeattemptintherelativeresearchareaofourcountry.P-typeradianttubewithregenerativeburnerresearchedinthethesisisatypicalkindofregenerativeradianttubewithsingleburnerconstruction.Itnotonlyhastheadvantageofenergysavingthatnormalgenerativer

7、adianttubeshave,butalsodecreasesthenumberofburnersandcontrolvalves,andimprovesthestabilityofcombustionandthereliabilityofsystem,comparingwithU-typeandW-typegenerativeradianttubes.P-typeprofileofthetubecreatesthepossibilityofsmokerecycling,whichdecreasesthepeakvalueofcombustiontempe

8、ratureandimprovestheunifor