全氧燃烧加热炉内涡流运动规律及对弥散燃烧影响研究

Due to the high combustion efficiency and the convenient recycling of CO2 , Oxygen-fuel combustion technology has become one of the hot spots of burning integrated energy saving and collaborative carbon emissions reduction technology, but high combustion temperature and oxygen combustion instability of total oxygen combustion technology directly affects the application of this technology in the reheating furnace.This project intends to realize diffusion combustion in heating furnace by using eddy current controlling technology, through steady flow test method is used to research different eddy current control technology and the influence of inlet velocity on the vortex motion in total oxygen furnace, optimizing the required vortex structure and the initial momentum in dispersion combustion process, planning to use PIV technology and multi-dimensional numerical simulation technology to research movement rules of vortex and the influence of different eddy current intensity and vorticity ratio on diffusion combustion in different combustion intensity, research the influence of vortex motion on regularities of distribution of flow field, temperature field and concentration field in the diffusion combustion, Seek to achieve the best burner structure, oxygen combustion momentum ratio and vortex movement rules of diffusion combustion in the furnace.The objective of the research is focus on solving vortex motion and vortex structure on the influence of diffusion combustion the oxygen diffusion combustion mode，so that to extend the flame surface structure of total oxygen combustion、the temperature distribution of the homogeneous flame space, for providing theoretical basis of the application of the Oxygen-fuel combustion technology in industrial furnace.

全氧燃烧技术由于燃烧效率高、CO2回收方便等特点，近年来已成为实现燃烧综合节能及协同降碳减排技术的热点之一，然而全氧燃烧的高温特性和燃烧不稳定性直接影响该技术在加热炉上的应用。本项目拟采用涡流控制技术实现加热炉内弥散燃烧方案，通过用稳流试验法研究不同涡流控制技术和进气速度对全氧加热炉炉内涡流运动的影响，优化弥散燃烧所需的涡流结构及初始动量比；拟用PIV技术和多维数值模拟技术研究不同燃烧强度下全氧加热炉炉内涡流运动规律及不同涡流强度、涡量比对弥散燃烧的影响，研究涡流运动对弥散燃烧的流场、温度场及浓度场的分布规律的影响，寻求实现炉内弥散燃烧的最佳燃烧器结构、氧燃动量比及涡流运动规律。通过本项目的研究关键是解决全氧燃烧弥散燃烧方式下涡流运动规律及涡流结构对弥散燃烧的影响，以扩展全氧燃烧的火焰面结构，均匀火焰空间的温度分布，为全氧燃烧技术在工业加热炉上的应用提供理论基础。

全氧燃烧技术由于燃烧效率高、CO2回收方便等特点，近年来已成为实现燃烧综合节能及协同降碳减排技术的热点之一，然而全氧燃烧的高温特性和燃烧不稳定性直接影响该技术在加热炉上的应用。本项目通过增加稳流装置和涡流发生器实现了加热炉内弥散燃烧，研究发现通过涡流发生器提高入口气体涡量比，能显著降低气体入口速度，传统文献速度建议在90m/s，而本项目采用非对称射流涡流发生器时气体流速在50-80m/s就可实现弥散燃烧；项目利用用PIV技术和多维数值模拟技术研究不同燃烧强度下全氧加热炉炉内涡流运动规律及不同涡流强度、涡量比对弥散燃烧的影响，发现射流在非对称喷嘴中大动量喷嘴的作用下偏置，并在混合处迅速打散成诸多小体积微团，形成涡量密集区。而两种气流以无数小体积微团的形式在炉膛内反应，使燃烧变得温和，火焰锋面消失，形成MILD燃烧，同时实验发现在发生器里增加旋流片增加初始涡流强度更有利于实现弥散燃烧。利用项目建立的弥散燃烧数学模型对生产中高温弥散燃烧加热炉进行了模拟研究，模拟结果与现场实际测试比较吻合，利用研究结论对蓄热室加热炉进行了全氧燃烧改造设计，并进行了前期模拟研究，发现与高温空气燃烧加热炉有相似结论，即同侧换向燃烧组织方式对炉内钢坯加热效果较好，且炉内温度梯度比较平滑，氧气浓度较低，并提出优化加热炉操作运行的可行性措施。通过本项目的研究解决全氧燃烧弥散燃烧方式下涡流运动规律及涡流结构对弥散燃烧的影响关键在初始涡量发生器，通过增加燃烧器入口涡量强度，可以扩展了全氧燃烧的火焰面结构，均匀火焰空间的温度分布，为全氧燃烧技术在工业加热炉上的应用提供理论基础。