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高温空气燃烧技术在辊道窑中的应用

徐婷

  随着“十一五”节能专项规划出台,国家对高能耗、高排放产业的改革势在必行。陶瓷产业正是高能耗、高污染行业,节能减排将是陶瓷产业的大势所趋。高温空气燃烧技术(HTAC)具有高效烟气余热回收和高温预热空气以及低NOx排放等多重优越性,是在工业发达国家已经开始应用的一种新型燃烧技术。目前,这项技术处于大力推广阶段,得到了国际工业界和科学界的广泛关注,在工业窑炉中有很好的应用前景。 本文首先论述了HTAC燃烧技术的发展历程、基本原理、特点、关键技术和它在我国的应用前景,然后针对这项燃烧技术做了大量的数值模拟试验,分析了辊道窑炉内温度、速度场和NOx排放浓度随不同空气预热温度和不同氧气浓度变化的规律,从而为HTAC燃烧技术在辊道窑上的应用提供定量的参考。最后采用生命周期评价(LCA)方法分析我国建筑陶瓷高温空气燃烧从原材料开采,产品运输到产品生产的环境负荷。 一方面,本文对高温空气燃烧技术和富氧燃烧在辊道窑中的应用展开了分析评价。采用计算流体力学软件FLUENT,对一个陶瓷窑炉燃烧器进行仿真,建立数学模型,研究了陶瓷辊道窑烧成带的窑体结构,根据其单节实际的尺寸建立三维模型,在此基础上了解窑内的流体空间,并建立了流体空间模型,结合其具体外形结构及数值求解对网格的要求,确定网格生成的方案,并生成了高质量的计算网格,对陶瓷辊道窑烧成带三维流场进行了研究。数值模拟结果表明,当助燃空气预热温度从300K提高到1400K时,炉内最高温度、平均温度、温差和速度范围都随之减小,NO生成速率急剧减少,最低时的1.22E-08kmol·m~(-3)s~(-1)比在常温常氧浓度环境下燃烧生成的生成速率1.65E-05kmol·m~(-3)s~(-1)低了三个数量级;随着助燃空气中所含氧气浓度从21%降低到5%,炉内最高温度保持不变,温差小幅度上升,速度场分布相似,速度范围小幅度上升,NO生成速率在1.22E-08 kmol·m~(-3)s~(-1)至1.24E-08 kmol·m~(-3)s~(-1)间波动;随着助燃空气中所含氧气浓度从21%上升到38%,炉内最高温度、平均温度和温差都随之增大,速度范围随之减小,NO生成速率增加,由常温常氧浓度环境下的1.65E-05 kmol·m~(-3)s~(-1)上升至氧气浓度38%时的3.56E-05 kmol·m~(-3)s~(-1)。 另一方面,本文依据生命周期评价的技术框架和原则,对建筑陶瓷的高温空气燃烧从原材料开采、原料制备、成型加工、施釉、烧成生产、产品使用或废弃及运输等7个子过程进行了清单分析,获得了该产品系统的两项重要评价指标,即资源耗竭系数和环境影响负荷。结果表明,1m~2型号为VWH002NP的釉面砖生产,对环境总影响负荷为129.038毫人当量。建筑陶瓷生产对环境影响主要为固体废弃物,烟尘和灰尘,加权后的影响潜值分别为81.934毫人当量和24.061毫人当量,对局部地区的影响占据首位,同时对全球酸化和变暖的影响也不容忽视。……   
[关键词]:辊道窑炉;数值模拟;高温空气燃烧技术;富氧燃烧;生命周期分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华南理工大学2011年
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