基于共轭传热的甲烷MILD燃烧炉内传热特性
李卫杰1
谢梦茜2
涂垚杰3
1.中冶南方(武汉)热工有限公司,湖北武汉 4302232.武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉 4300813.华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074
摘要：为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制,建立了 20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热(CHT)模型,开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟.通过对比模拟预测结果和试验测试数据,验证了模拟方法的可靠性.结果表明,Okafor反应机理虽能准确预测MILD燃烧炉内的温度及O2、CO分布,但会过高预测NO生成量.通过对Okafor反应机理部分含N基元反应进行修正能够提高NO预测精度.通过对比耦合CHT模型前后燃烧炉内各壁面上的温度与热流密度分布,发现未耦合CHT模型时在炉膛前墙壁面出现了逆换热现象,与实际情况不符,说明耦合CHT模型在描述炉内传热特性方面精度更高.在耦合CHT模型基础上比较了 MILD燃烧与传统钝体燃烧2种方式下炉内传热机制的差异,发现相较MILD燃烧,传统燃烧在所有炉壁上的温度均高20～40℃,导致传统燃烧在炉膛前墙、侧墙及后墙上的换热量比MILD燃烧分别高0.018、0.622和0.028个百分点,排烟热损失减少0.67％.进一步对各炉壁上的对流和辐射换热进行区分,发现MILD燃烧在前墙和后墙上的辐射换热量比传统燃烧分别高2.21和24.62 W,但对流换热量分别减小3.93和27.27 W.在侧墙上,MILD燃烧相较于传统燃烧辐射换热量减少290.71 W,对流换热量增加231.63 W.总体上,辐射换热在MILD燃烧和传统燃烧方式下的占比分别为70.72％和81.92％,对流换热占比分别为29.28％和18.08％.侧墙上辐射换热量的减少是导致MILD燃烧总体换热效率下降的主要原因,而更深层次的原因为MILD燃烧方式下更低的燃烧温度.
关键词：MILD燃烧共轭传热辐射换热传热计算燃烧传热耦合
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)TK114(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52006077)
论文发表日期：2022-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 30-38 )
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