空气分级旋流低氮燃烧器数值模拟研究

摘要

为了提升热处理炉的炉温均匀性、降低氮氧化物（NO_x）的排放，研究了不同旋流角度对甲烷（CH₄）燃烧室的温度分布及NO_x排放的影响。利用软件ANSYS Fluent对旋流燃烧器和传统扇叶式燃烧器进行了数值模拟，分析二级风旋流角度对燃烧特性的影响，进而确定最佳旋流角度。结果表明：相较于传统扇叶式燃烧器，旋流燃烧器通过空气分级混合策略显著增强了湍流混合强度，燃烧效率提升12.8%,NO_x排放量降低至25.635 mg/m³,降幅达43.36%。在特定运行参数（过量空气系数为1.1,旋流角为30°）条件下，燃料与空气呈现最佳混合状态，此时NO_x排放浓度低于国家标准（GB 13271—2014）限值18.7%,炉膛温度均匀性提升2.82%。研究结果适用于对炉温均匀性和环保性能有较高要求的应用场景，可为热处理炉的低碳高效运行提供理论依据与技术参考。

关键词

燃烧学 / 低氮燃烧技术 / 烟气再循环 / 旋流燃烧 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金青年基金项目(52406087); 中央引导地方科技发展资金项目(254Z1903G); 驻冀高校重大科技专项资助项目(241080407A)