蓄热式钢包烘烤热行为的数值模拟和[NOx]排放特性

为了研究蓄热式钢包烘烤的空气和煤气的预热温度对高温空气燃烧过程的影响,耦合了烘烤过程中流体流动、换热和燃烧过程,用数值模拟方法建立了三维立体数学模型,利用计算流体力学软件Fluent,采用有限元差分法和修正速度—压力相耦合的算法Simple,计算了钢包内的燃烧现象,得出了在不同预热温度时,燃烧室内气体温度场和氧气浓度场的分布。结果表明,提高气体预热温度有利于加快燃烧进程,可提高炉内的整体温度及温度的均匀性,降低局部氧浓度,利用高的烘烤效率减少[NOx]的排放。     

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 通过建立圆管状燃烧室内甲烷气体燃烧的数学模型,对燃烧室回流区的温度场、速度场、流场以及甲烷、氧气、二氧化碳以及氮氧化合物的质量分数进行了数值模拟。通过改变入口高温空气的预热温度,数值模拟了以上变量的分布规律。研究结果表明,提高空气的预热温度,燃烧室内的反应进行越彻底,温度分布更均匀。研究结果对燃烧室的设计和燃烧室工况分析具有指导意义,所建立的数学模型为燃烧室几何和结构设计和燃烧过程操作中进行定量分析的有效手段。     

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 提高风温是高炉炼铁节能降耗的重要技术措施,本文采用CFX模拟不同助燃空气预热温度条件下的燃烧状态,研究结果表明提高助燃空气预热温度可使燃烧室内的速度场更加均匀,火焰减短,高温区向下扩展,但对燃烧效率没有影响,为迁安2号高炉热风炉实现1280℃高风温提供理论依据。     

预热温度对热风炉燃烧特性影响的数值模拟

提高风温是高炉炼铁节能降耗的重要技术措施,用CFX模拟不同助燃空气预热温度条件下的燃烧状态,研究结果表明,提高助燃空气预热温度可使燃烧室内的速度场更加均匀,火焰减短,高温区向下扩展,但对燃烧效率没有影响,为迁安2号高炉热风炉实现1 280℃高风温提供理论依据。     

基于气体相对射速比的加热炉温度场仿真

以燃气室式加热炉为研究对象,采用CFD仿真技术对炉膛内燃气燃烧过程建立了实体模型并进行了燃烧模拟。对炉内温度场的变化和均匀性进行模拟,通过设定天然气和空气不同的相对射速比,分析其对炉内温度场分布情况和区域温度均匀性的影响,找出加热炉内温度均匀性较好的空间分布,为钢坯合理装炉提供指导依据。仿真分析结果表明:空气与天然气的相对射速比越小,炉内燃烧的平均温度越高,高温区域覆盖越多,温度分布越均匀,其中,使各项指标均达到最优的射速比区间为1.2～1.4;同时,在最优相对射速比下也存在高温区和低温区,通过对加热炉各部分温度云图及仿真数据的比较分析,确定了高效加热区域,为锻件合理装炉、减少加热时间、节约燃气和降低废气的排放提供了理论基础。     

热喷涂表面处理技术进展

火焰喷塑是一种利用燃气(乙炔、液化石油气等)与助燃气(氧气、空气)燃烧产生的热量将塑料粉末加热至熔融或半熔融状态,并借助焰流及冷却喷射气流将熔融或半熔融状态的塑料微粒喷向经过预处理及预热的基体表面,从而形成连续、均匀、无孔隙的塑料涂层的表面处理工艺。它是一种对环境友好的防腐蚀和阻隔涂层制造技术。     

高效低污染燃气燃烧器燃烧特性的数值模拟

运用流体动力学软件Fluent6.3对自行设计的燃气燃烧器的燃烧性能进行了数值模拟研究,分析了不同外圈助燃空气和中心辅助空气配比条件下炉膛内的速度场、温度场以及NOX的生成情况,并对试验结果进行了验证.结果表明,采用适当的外圈助燃空气和中心辅助空气比例,该旋流燃烧器的燃烧性能稳定,燃料燃烧完全,烟气中可燃成分比例不超过0.06%(600 ppm);炉膛内温度分布相对均匀,炉内气体温度偏差不超过30℃,满足高效燃烧的要求;烟气中NOX的含量平均不超过0.006%(60 ppm),远远低于国家排放标准,可以很好控制燃烧产物对大气的污染.随着外圈助燃空气和中心辅助空气的比例增大,炉膛最高温度和平均温度降低,NOX生成量降低,加入空气总量增大,系统的热效率有所降低,但燃烧器产生的高温高速气流,强化了炉内的对流传热,可提高炉子生产率.     

套筒式陶瓷燃烧器内燃烧过程数学模型

应用湍流扩散火焰燃烧模型，对套筒式陶瓷燃烧器燃烧室内的燃烧过程进行了计算机模拟研究，确定了燃烧过程中煤气空气及燃烧产物的速度分布，温度２和各组分的浓度分布，得到了燃烧过程中火焰的形状和长度。     

氧生物柴油火焰温度计算及火焰切割分析

从理论上分析生物柴油用于金属火焰切割的可行性,根据热力学理论计算生物柴油中性焰和氧化焰的理论温度,分析生物柴油燃烧过程中氧气的消耗量;并根据燃烧学对比分析生物柴油与汽油在空气中完全燃烧的火焰长度。计算结果表明:虽然生物柴油火焰温度比乙炔燃烧温度低,但能达到2436℃以上,火焰长度将近是汽油火焰长度的0.92倍,长度基本相当,说明生物柴油可用于金属火焰切割,只是预热时间应比乙炔长。这在理论上说明生物柴油可作为金属切割的燃料,为进一步进行氧生物柴油火焰切割技术研究奠定了理论基础。     

一种新型氧气助燃钢包烘烤器

氧气助燃可显著提高低热值煤气的热效率,但其极高的峰值温度不利于常规窑炉或钢包耐材的均匀受热,快速的助燃速度亦不利于燃烧火焰分布设计,新型氧气助燃钢包烘烤器采用分级卷吸燃烧技术和半无焰燃烧技术,CFD仿真模拟了不同分级比例、不同氧枪数量以及不同喷嘴出口速度的条件下,钢包内温度、CO分布状况以及NO_x产生情况,结果表明:多级多环氧气分布、亚音速的氧气喷嘴流速的设计可获得较高的终点温度和理想的温度均匀性。新型氧气助燃钢包烘烤器在马钢股份第一钢轧总厂的120 t钢包烘烤站以高焦转混合煤气为燃料进行第一次工业试验,取得了良好经济效益及环保效益。     

Numerical Simulation of the Thermal Process in a W-Shape Radiant Tube Burner

In the current work, three-dimensional mathematical models were developed for the heat transfer and combustion in a W-shape radiant tube burner (RTB) and were solved using Fluent software (ANSYS Inc., Canonsburg, PA). The standard k–ε model, nonpremixed combustion model, and the discrete ordinate model were used for the modeling of turbulence, combustion, and radiant heat transfer, respectively. In addition, the NO _x postprocessor was used for the prediction of the NO emission. A corresponding experiment was performed for the validation of mathematical models. The details of fluid flow, heat transfer, and combustion in the RTB were investigated. Moreover, the effect of the air/fuel ratio (A/F) and air staging on the performance of RTB was studied with the reference indexes including heat efficiency, maximum temperature difference on shell wall, and NO emission at the outlet. The results indicated that a low speed zone formed in the vicinity of the combustion chamber outlet, and there were two relative high-temperature zones in the RTB, one in combustion chamber that favored the flame stability and the other from the main flame in the RTB. The maximum temperature difference was 95.48 K. As the A/F increased, the temperature increased first and then decreased. As the ratio of the primary to secondary air increased, the recirculation zone at the outlet of combustion chamber shrank gradually to disappear, and the flame length was longer and the temperature in flame decreased correspondingly.     

Numerical Investigation of Combustion and Flow Dynamics in a High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spray Gun

The combustion and flow behavior within a high velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal spray gun is very complex and involves multiphase flow, heat transfer, chemical reactions, and supersonic/subsonic transitions. Additionally, this behavior has a significant effect on the formation of a coating. Non-premixed combustion models have been developed and are able to provide insight into the underlying physics of the process. Therefore, this investigation employs a non-premixed combustion model and the SST \(k - \omega\) turbulence model to simulate the flow field of the JP5000 (Praxair-TAFA, US) HVOF thermal spray gun. The predicted temperature and velocity have a high level of agreement with experimental data when using the non-premixed combustion model. The results are focused on the fuel combustion, the subsequent gas dynamics within the HVOF gun, and the development of a supersonic free jet outside the gun. Furthermore, the oxygen/fuel inlet turbulence intensity, the fuel droplet size, and the oxygen/fuel ratio are investigated to determine their effect on the supersonic flow characteristics of the combustion gas.     

A Novel Self-Heated Roasting Technology for Molybdenum Concentrate

对钼精矿焙烧过程进行了热力学分析。结果表明,焙烧反应属于放热反应,反应一旦开始,在工业规模生产条件下完全可以自热进行。热分析实验表明,氧气浓度越高,越有利于钼精矿的转化率提高;物料粒度越小,越有利于焙烧反应完全程度的提高。对传统钼精矿焙烧回转窑的热平衡测试显示,煤作为外热源经燃烧后提供热量为4.42 GJ/t的烟气供入回转窑内,烟气中的氧浓度为10%。由于主反应区温度高,造成物料结块,阻碍了钼精矿的焙烧。本研究开发了钼精矿的自热焙烧新工艺,该工艺通过设置换热器回收主反应区放出的化学热,并将预热后的空气用于脱硫区的补热,提高了焙烧气的氧浓度。取消了传统回转窑的燃煤过程,整个焙烧过程仅靠6.45 GJ/t的化学反应热即可维持,没有含碳燃料的输入和CO2的排放,其节能环保效益显著。     

Numerical simulation of high temperature air combustion in aluminum hydroxide gas suspension calcinations

The high temperature air combustion(HiTAC) process in gas suspension calcinations(GSC) was studied by using a CFD software FLUENT that can simulate the three-dimensional physical model of GSC with the k-epsilon turbulent viscous model, PDF non-premixed combustion species model, P1 radiation model, thermal and prompt NO pollution model. The simulation vividly describes the distributions of the temperature, velocity and consistency fields. Finally, the optimal operation conditions and igniter configuration of particular fuel combustion are obtained by analyzing and comparing the simulation results. And the emission quantity of NOx, CO and CO2 deduced from computation can play a role as reference. These optimal and estimated values are beneficial to practical operation.     

液体燃料-空气/氧气混合助燃超音速火焰喷涂枪的研制

采用枪内混气方式,设计研制了一种采用炽热体作为稳焰器的液体燃料-空气/氧气混合助燃超音速火焰喷涂枪.用SprayWatch热喷涂监测系统测试喷涂枪焰流出口速度和温度,并研究喷涂工艺对WC-12Co涂层组织和性能的影响.结果表明,喷涂枪焰流出口速度超过1300m/s,焰流温度可在2302～3410K之间进行精确调节,精度达到±50K;提高空气/氧气比,涂层中WC保留率明显提高,使涂层硬度比氧气助燃时得到明显提高;采用空气助燃进行喷涂,可以得到厚度超过5mm的WC-12Co涂层.     

超音速火焰喷涂流场有限元分析

在液体火箭发动机原理的基础上,建立了超音速火焰喷涂过程全流场分析模型,对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了流场分析,得到了HVOF与HVAF两种状态下燃气的速度、温度分布,分别体现了燃气欠膨胀与过膨胀的特点。在HVOF状态计算结果中有8个马赫锥而实际焰流照片中有8～9个马赫锥,所处位置基本对应,可以合理解释喷涂过程的激波现象,不同截面上的速度分布,体现了燃气速度在径向截面上的自模特性。