全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的数值模拟研究进展

介绍了全氧燃烧玻璃熔窑及其数值模拟的特点和最新研究情况,归纳了建立全氧燃烧火焰空间数值模拟的各种模型,阐述了玻璃熔窑数值模拟的发展趋势．全氧燃烧的显著优点和与数值模拟的相结合将会为玻璃行业开拓一条广阔的发展道路．     

全氧燃烧型浮法玻璃熔窑液流流场的数学模拟

模拟计算了日熔化量600t的全氧燃烧型浮法玻璃熔窑液流流场,并模拟对比研究了具有多级池底台面的全氧燃烧型浮法玻璃熔窑和池底无台面的普通空气助燃型浮法玻璃熔窑,在玻璃液流表层、熔窑中心线处以及池底的温度场和速度场的差异。为研究全氧燃烧型浮法玻璃熔窑熔体流场稳定性,玻璃熔体气泡澄清,玻璃端面条纹和玻璃液4个主要环流等问题,提供数学依据和参考模型。并通过模拟研究提出了改善措施,使全氧燃烧型浮法玻璃窑炉实际生产中玻璃端面条纹紊乱现象得到明显改善。     

全氧燃烧玻璃熔窑燃烧器安装高度的优化模拟

以全氧燃烧熔窑为研究对象,借助于FLUENT软件对玻璃熔窑火焰空间进行数值模拟。对全氧燃烧条件下,燃烧器安装在3种不同高度时的熔窑火焰空间的温度场、气流场和碱蒸汽对窑炉碹顶的侵蚀情况进行分析对比,为燃烧器在全氧玻璃熔窑中的操作参数的确定提供依据,对窑炉的设计和优化进行有效的指导。研究表明,燃烧器安装高度对熔窑火焰空间温度分布有较大影响,不合适的安装位置会导致对玻璃液面的传热效率下降、碱蒸汽的挥发增强。燃烧器安装在0.3 m高度时,气流有冲刷玻璃液面的倾向,且气流平均速度较大;燃烧器安装在0.5 m高度时,火焰气流翘起,火焰空间底面附近的水蒸气的平均摩尔分数明显偏高,这些均易造成玻璃液面碱蒸气的挥发。燃烧器安装在0.4 m高度时,碱蒸汽的挥发率最小,但碹顶出现局部高温区,火焰传热效率不高。因此燃烧器的合理安装高度应该在0.3~0.4 m之间。     

燃油横焰玻璃熔窑火焰空间的三维数值模拟

掌握燃油玻璃熔窑火焰空间的温度场、流场分布，对重油燃烧合理组织、设计新熔窑、优化熔窑运行参数、达到玻璃生产优质高产低耗具有重要意义，以计算燃烧学和计算传热学基本理论为基础，建立了燃油玻璃熔窑火焰空间燃烧过程三维数学模型，包括雾化油滴燃烧的轨道模型和气相流动与传热模型，在模型上研究了日产400t燃油浮衍玻璃熔窑火焰空间的流场和温度场分布 ；研究了胸墙高度改变对温度场和流场的影响。 模拟结果表明火焰高温区、温度最高处、双热点位置等与原设计温度制度吻合，降低胸墙高度会使温度有所提高，各小炉中心线截面靠近窑顶位置纵向回流出现较早，不利于火焰伸展，会影响窑顶使用寿命。该模型具有改变参数容易，不受环境影响，具有相当通用性，有较大的实用意义。     

气氛对玻璃熔体质量的影响

在不同的熔制气氛条件下熔制玻璃料。利用红外光谱测试玻璃羟基含量;通过挑料、拉丝方法观察了不同熔制气氛条件下玻璃的粘度变化;利用光学显微镜观察了玻璃试样中的气泡形态与数量。研究结果表明:模拟全氧燃烧气氛条件下熔制的玻璃中水分含量达到了309~344μg/g,远高于未通入任何气氛条件下所熔制玻璃中的含水量。全氧燃烧条件下,炉气中会产生大量的水分,水分以羟基(—OH)的形式进入玻璃熔体,使得玻璃熔体粘度小于空气助燃的,从而有助玻璃的澄清,得到的玻璃熔体质量优于空气助燃的。全氧燃烧和富氧环境下的样品气泡大而少,而空气助燃下的样品气泡则小而多。也进一步说明了水分对玻璃熔体有一定的澄清作用。     

全氧燃烧高铝玻璃熔窑三维数值工程仿真

基于Ansys Fluent 19.2软件采用玻璃液面与火焰空间底部双向热耦合方式进行三维联合建模,对日拉引量为100 t/d的全氧燃烧浮法高铝玻璃熔窑的玻璃池窑与火焰空间进行数值工程仿真,考察入口预设配合料堆长度对耦合区温度连续性的影响,提出基于3D流场的澄清因子计算公式. 结果表明：在8次热耦合迭代后,温度和热流残差趋于稳定,玻璃液与火焰空间进行热交换部分的热流分布与火焰空间底面温度分布相对应,火焰空间温度场在玻璃液产生了不对称的横向对流;预设6.6 m料堆长度的温度曲线具有最好的连续性,该试探性计算提供了判断玻璃配合料山长度的新方法;计算得到热耦合与非热耦合的澄清因子分别为4.6425、4.8279,表明常规非热耦合计算高估了池窑的澄清能力.     

浮法玻璃熔窑火焰空间的数值模拟

以日产400 t的浮法玻璃熔窑的火焰空间为对象进行数值模拟,燃烧纯氧(93%的O2)和天然气(97%的CH4)的混合气体。网格划分采用Gambit软件,数值计算程序采用Fluent软件,建立了非预混燃烧模型、DO模型、湍流模型等模拟玻璃熔窑火焰空间的温度分布。从模拟结果可以看出,窑内高温分布合理,有利于玻璃的熔制;喷枪交错排列,有利于在炉宽方向上温度均匀分布。最后重点分析了火焰空间中水分的含量及其对玻璃质量的影响。     

优化玻璃熔窑底烧式喷枪仰角的数值模拟研究

采用数值模拟的方法对某浮法玻璃熔窑底烧式喷枪的安装仰角进行模拟优化,具体从熔窑火焰空间温度分布、燃烧效率、玻璃液面热流量和碹顶温度分布等角度来对喷枪仰角为0°、3°、5°、7°、9°、11°、13°这7种情况进行对比分析。研究结果表明:喷枪安装仰角的增大有利于燃料和助燃气体的充分混合和燃烧,但当仰角大于5°时,角度的增大对燃烧效率和平均温度影响不大;仰角的增大对碹顶温度分布影响不大,喷枪仰角为3°和5°,传递给玻璃液面的热量较多。因此,此熔窑的天然气喷枪仰角的可调节范围较大,仰角为5°时的燃烧状况较好。     

玻璃生产中节能降耗的新技术

综述了在玻璃生产中提高玻璃熔制质量的同时所采取的节能降耗的新技术——全氧燃烧和减压澄清，该技术不仅能节省大量能量，而且还使燃料燃烧产生的氮氧化物得到根除，对环境保护也起到了积极的作用。     

玻璃熔窑保温节能的定量研究

本文在对玻璃熔窑保温前后各部位温度与其它参数实际测试的基础上,根据付立叶(Fourier)导热微分方程建立了熔窑散热量的数学模型,编制了计算机程序并进行计算;较全面定量地研究了玻璃熔窑采用隔热材料进行保温,减少窑体的向外散热,从而获得节约热能的机理.     

天然气玻璃熔窑设计探讨

本文根据天然气的性质特性,对天然气玻璃窑炉设计,从窑炉结构,燃烧设备,燃烧方法等方面进行探讨,对天然气池窑设计有一定的指导意义。     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

Microstructure and performances of glasses melt under oxy-fuel combustion

We prepared a series of glass samples under the different simulated atmosphere. Systematic evaluation about the performances of the glasses fabricated under the different simulated atmosphere indicates that the increase of the H₂O:CO₂ ratio under the simulated atmosphere will decrease the softening point temperature, microhardness, viscosity, and chemical resistance, while increase the thermal expansion coefficient. Through the analysis of the hydroxyl content and network structure according to the IR transmitting spectra and NMR spectra, the structural origin of the evolution of the performances for the samples fabricated under different simulated atmosphere was elucidated. According to the feedback information from the customers, despite the decrease of some performances, the glass produced under oxy-fuel combustion can also fulfill the requirements of the engineering applications. Therefore, the technique of oxy-fuel combustion is worthy to be promoted in glass industry.     

玻璃池窑火焰空间三维传热数学模型的模拟

本文根据玻璃池窑火焰空间三维传热数学模型,提出了数字解答方法。运用Monte Carlo 方法求解火焰空间的三维辐射传热,采用隐函方法和直接迭代校正方法求解配合料熔化过程的 stefan 问题。用 FORTRAN—77语言编制了计算机软件。模拟结果表明,该数学模型是基本上符合实际的。     

燃油池窑改烧发生炉煤气池窑的设计

本文对燃油池窑改烧发生炉煤气池窑的设计进行了探讨，给出了一个实际冷修方案。     

数学模拟在玻璃熔窑的应用研究

采用FLUENT软件,对两座玻璃熔窑熔池玻璃液的三维温度场,进行数学模拟计算,并对数学模拟结果与实际熔池池底的侵蚀程度进行比较分析.模拟研究表明:窑炉规模和出料口位置,对熔池池底的温度会产生较大影响.该结果与实际运行效果一致,且池底温度越高,侵蚀越大.因此,数学模拟法可优化玻璃熔窑设计并指导实际运行操作.     

基于遗传算法的增压富氧燃煤锅炉受热面结构优化

增压富氧燃烧技术是一项极具前景的燃煤电厂零排放技术。增压富氧燃烧下,烟气特性及锅炉结构发生很大变化。文中以火用经济分析为基础,以单位换热量换热器总费用为目标函数,采用遗传算法对增压富氧燃烧下的锅炉对流受热面进行优化,得到受热面最佳结构布置。结果表明:与常规空气燃烧相比,优化后的增压富氧燃烧下烟气流速降低了约80%,烟气侧传热系数增大了4～5倍,烟道尺寸大大减小,烟道截面积仅为原来的13%。