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反射炉燃油雾化燃烧CFD数值模拟研究

作　者: 孙辉
导　师: 王华；蔡光程
学　校: 昆明理工大学
专　业: 计算数学
关键词: 反射炉湍流燃烧概率密度函数(PDF) 数值模拟 FLUENT软件
分类号: TF806.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前我国的铜资源匮乏,铜冶炼原料38%来自国内,62%来自进口,但是铜消费剧增,2001—2008年中国精铜的消费递增率高达14.3%,所以采用循环经济的理念,回收各种废铜,进行提炼,生成再生铜,是降低铜生产成本,也是节能减排的有效手段。铜精炼反射炉是火法制取再生铜的重要设备,有炉膛容量大、升温快,炉渣易清除等优点。但是反射炉熔炼热效率较低(一般只有15%-30%),热损失严重,因而也具有很大的节能潜力。反射炉燃料燃烧的温度是影响反射炉生产率的最重要因素,在保证生产工艺的情况下,燃料燃烧的温度愈高,炉料在单位时间内吸收的热量也愈多,熔化速度就越快,炉子的生产率也就愈高。所以采取合理措施,使燃烧设备既能达到设计的性能指标,又能安全运行是很重要的。对燃烧过程的数值模拟已成为工业炉窑辅助设计、优化运行、故障诊断等环节的重要手段。本文以某铜厂精炼反射炉为研究对象,以FLUENT为计算工具,采用k-ε湍流双方程模型、PDF燃烧模型、P-1辐射传热模型、热力型NOX生成模型等,对炉内流动和燃油雾化燃烧过程进行了二维和三维稳态数值模拟计算。在二维燃油雾化燃烧模拟计算过程中,定量的验证了燃料的射流速度,空气预热温度和燃料预热温度等影响因素对整个反射炉燃烧过程中的炉内温度场、速度场、热力型NO浓度及各组分分布的影响。在二维模拟计算的基础上,根据实际炉型,进行了三维建模,探讨了炉膛中的喷嘴位置、射流喷射角度和倾斜角度、富氧浓度、重力加速度因素对燃油雾化燃烧产生的的温度场,流场,热力型NO的浓度场的影响。在对炉膛中的燃油雾化燃烧过程模拟的基础上,利用多相流模型实现了简单的炉膛熔池流动与传热模拟。最后通过非线性动力学混沌理论对燃烧过程中的燃烧不稳定性进行了验证和分析。以上工作有助于探索各因素对燃烧过程的影响,进一步了解燃烧过程的基本规律和机理,对改进燃烧模型具有重要的意义。为现有的铜精炼反射炉的结构改进、燃烧效率的提高、燃油雾化燃烧过程的优化提供了理论计算依据,为进一步系统节能奠定基础。

反射炉燃油雾化燃烧CFD数值模拟研究

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