当前课程知识点：工业炉窑热工及构造 > 第二章 火焰炉内热过程分析 > 2.2 火焰炉内热过程分析——炉内气体运动及再循环 > 2.2 火焰炉内热过程分析——炉内气体运动及再循环
火焰炉炉膛内气体运动
大致分为气体射流运动
及由其引起的气体回流运动两部分
气体射流与紊流自由射流
存在着一种相似性
因此 对于炉内气体流动
传统的研究思路
是从冷自由射流入手
研究其流动规律
进而 再研究限制射流
半限制射流的流动规律
分析冷热射流之间的差别
加上模型实验研究
近年来 随着计算机技术的发展
计算流体力学被证明
是一种可以有效预测流场的手段
特别是在处理温度场
对于流场的影响方面
是过去冷态模型实验不可比拟的
计算流体力学是流体力学
传热学与数值分析
计算机科学结合的产物
其以电子计算机为工具
运用各种离散化的数值方法
对各类流体流动问题
进行计算机模拟与数值实验
随着近几十年的发展
计算流体力学逐渐成为一种
重要的研究手段
传统的研究方法物理概念清晰、直观
边界条件处理比较方便
在理论和实际问题的
研究方面能有很大的意义
计算流体力学的方法
也是基于经典理论发展起来的
在计算机模拟过程中
存在参数确定的问题
一些参数必须要通过实验才能获得
而且实验是验证计算机模拟结果
正确与否的重要手段
实验研究仍然十分重要
在炉膛内
工作中的燃烧器以较高的速度喷出
有燃料 空气和燃烧产物等组成的
热气体射流
在炉膛壁面等限制下
会引起气体的回流
该回流的气体称为再循环气流
再循环气流的温度 速度或成分
以及其与热射流之间进行的热量
或质量交换对于火焰的长度
温度分布 炉膛内的热过程
以及炉衬寿命都有着重要的影响
炉内气体回流属于复杂的
气体流动现象
下面我们主要对其进行分析
产生炉内气体再循环的方式有三种
一 内部再循环
也称自然再循环
其实由于限制射流动量作用
而引起射流前后静压差
从而产生的气体再循环
是一种最主要的
产生炉内气体再循环的方式
像这个图上所表示的那样
上面这张是平炉火焰上方的
再循环气流的示意图
下面这一张是由旋流燃烧器
产生的循环射流
外部再循环又称为结构再循环
它是借助于外界专门结构和设备
来进行特定方式的气体再循环
例如在低温回火炉中用耐热风机
将烟气抽出后又返回到烧嘴附近
或者砌筑一个专门的废气通道
以促使废气按规定的方式
进行再循环
钝体再循环
是指发生在钝体后面尾流中再循环
例如火焰稳定器
其工作原理是使
部分已燃高温燃烧产物
产生回流运动
作为具有自动补偿能力的
持续点火源
以不断点燃新鲜的可燃混合物
从而达到稳定火焰的目的
由射流引起的自然再循环气流
生成位置 速度以及流量变化情况
像这张图上所说的
图中PCN区表示再循环区域位置
N点为回流吸入开始点
P点为射流和炉墙相碰处
C点为回流漩涡核心
射流和回流速度分布情况
像图中阴影部分表示的
可以看出 在回流中心位置
速度最小 边缘速度最大
再循环流量变化按图上方所示
在C处最大
在N P两段最小
再循环区间的大小
通常采用循环率r来表示
它的表示公式r等于mr除以m0+ma
m0表示从喷嘴流出气体流量
ma表示从喷嘴周围供入气体流量
mr就为再循环的气体流量
再循环这个气量
我们也可以用再循环倍率来表示R
这个R等于m0加上ma加上mr
除以m0加上ma
它的意义和上面的都是一样的
气体再循环会对燃烧有哪些影响
主要有两种相反的影响
第一 气体再循环会缩短火焰长度
减少火焰中小碳粒的浓度
提高火焰的温度
二 是气体再循环会延长火焰长度
增加火焰中小碳粒的浓度
降低火焰的温度
按照我们上面的说法
是不是两者是矛盾的
这个归于回流气体的性质
如果再循环是将大量高温炽热的
燃烧产物带回到火焰根部的话
这将有助该处燃料的蒸发
汽化和着火
并且提高该处的化学反应速度
其结果就是缩短火焰
减少碳粒的浓度
提高火焰的温度
如果再循环是将较冷的气体
返回过来
则将降低混合气体温度
冲淡混合物中氧的浓度
其结果是延长火焰
增加火焰中碳粒的浓度
并降低火焰的温度
因此 对于某种特定的工艺要求
存在着最佳的炉气再循环量
人们可以通过设计不同的燃烧装置
及其在炉内的不同安装位置
来合理地控制再循环量
以达到所要求的目的
如缩短火焰 提高火焰的透明度
也就是降低碳的浓度
提高火焰温度
或是延长火焰 降低火焰最高温度
提高炉内温度的均匀性
影响炉气循环的因素
主要有以下几点
一、限制空间的尺寸
主要是炉膛断面积
和喷口断面积之比
比值过大时
射流相当于自由射流
比值过小时
射流又演变为管内流动
因此 炉膛断面积与喷口断面积
存在着一个合适的比值
以形成所需的循环气流量
二、射流入口与排烟口之间的
相对位置
射流入口如直接对着排烟口
则气体直接排出炉膛
无法形成有效的再循环
三、射流喷出的动量
与壁面的交角 射流股数
射流一般经烧嘴喷出
烧嘴之间的间距不能太近
太近将影响射流的发展
又不可太远
太远会影响循环强度
同时 也要考虑炉子的结构条件
是否能够把烧嘴布置得开
现在我们对炉内气体流动
及再循环这一小节做一个总结
一 炉内气体流动及再循环的
研究方法有
传统的流体力学理论分析法
新兴的CFD数值分析方法
对于这两种而言
实验是必要的获得参数和验证环节
炉气再循环
是炉内气体流动的主要特征形式
炉气再循环影响燃烧效果
炉温均匀性等
以上就是今天的内容
谢谢大家
-绪论
--绪论
-绪论作业
-1.1 炉子的一般组成——概述
-1.2 炉子的一般组成——炉膛
-1.3 炉子的一般组成——供热系统
-1.4 炉子的一般组成——排烟系统
-1.5 炉子的一般组成——冷却系统
-1.6 炉子的一般组成——钢结构与基础
-第一章 炉子的一般组成 作业
-2.1 火焰炉内热过程分析——概述
-2.2 火焰炉内热过程分析——炉内气体运动及再循环
-2.3 火焰炉内热过程分析——火焰的基本特征
-2.4 火焰炉内热过程分析——炉内传热
-第二章 火焰炉内热过程分析 作业
-3.1 炉子热平衡及燃料消耗——基本概念
-3.2 炉子热平衡及燃料消耗——区域热平衡和全炉热平衡
-3.3 炉子热平衡及燃料消耗——热量有效利用系数和热量利用系数
--3.3 炉子热平衡及燃料消耗——热量有效利用系数和热量利用系数
-3.4 炉子热平衡及燃料消耗——热平衡的编制
-3.5 炉子热平衡及燃料消耗——燃料变化后燃料消耗量的变化
--3.5 炉子热平衡及燃料消耗——燃料变化后燃料消耗量的变化
-第三章 炉子热平衡及燃料消耗 作业
-4.1 炉子生产率及影响因素——概述
-4.2 炉子生产率及影响因素——热工因素对炉子生产率的影响
--4.2 炉子生产率及影响因素——热工因素对炉子生产率的影响
-4.3 炉子生产率及影响因素——工艺因素对炉子生产率的影响
--4.3 炉子生产率及影响因素——工艺因素对炉子生产率的影响
-第四章 炉子生产率及影响因素 作业
-5.1 炉子热工特性及燃料节约——概述
-5.2 炉子热工特性及燃料节约——第一类工作制度炉子热工特性
--5.2 炉子热工特性及燃料节约——第一类工作制度炉子热工特性
-5.3 炉子热工特性及燃料节约——第二类工作制度炉子热工特性
--5.3 炉子热工特性及燃料节约——第二类工作制度炉子热工特性
-5.4 炉子热工特性及燃料节约——火焰炉节约燃料的途径
-第五章 炉子热工特性及燃料节约 作业
-6.1 金属加热工艺——金属的物理性质和机械性质
-6.2 金属加热工艺——金属加热时的氧化、脱碳、过热与过烧
--6.2 金属加热工艺——金属加热时的氧化、脱碳、过热与过烧
-6.3 金属加热工艺——金属的加热温度、加热速度、加热制度和加热时间
--6.3 金属加热工艺——金属的加热温度、加热速度、加热制度和加热时间
-第六章 金属加热工艺 作业
-7.1 工业炉用燃烧装置——燃烧装置
-7.2 工业炉用燃烧装置——燃烧新技术
-第七章 工业炉用燃烧装置 作业
-8.1 工业炉用热交换装置——认识换热器
-8.2 工业炉用热交换装置——换热器设计计算
-第八章 工业炉用热交换装置 作业
-9.1 加热炉——概述
-9.2.1 加热炉——步进梁式加热炉
-9.2.2 加热炉——步进炉的基本参数设计
-9.2.3 加热炉——环形加热炉
-9.3 加热炉——台车式加热炉
-第九章 加热炉 作业
-10.1 热处理炉——概述
-10.2 热处理炉——周期式热处理炉
-10.3.1 热处理炉——辊底炉
-10.3.2 热处理炉——带钢连续热处理炉
-10.4 可控气氛
-第十章 热处理炉 作业
