全氧燃燒玻璃熔窯火焰空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值模擬.pdf

1、玻璃熔窯是玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的重要熱工設(shè)備。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)玻璃熔窯火焰空間內(nèi)燃料的燃燒采用的是傳統(tǒng)的空氣助燃。玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)是在玻璃熔制過(guò)程中利用純氧代替空氣與燃料進(jìn)行燃燒，這樣可避免空氣中大量氮?dú)獾囊?，在加快燃燒速度，使燃料充分完全燃燒的同時(shí)，減少煙氣排放和NOx生成，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。 本研究對(duì)一日產(chǎn)量200噸玻璃的全氧燃燒單元窯的火焰空間進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，建立玻璃熔窯火焰空間的三維幾何模型，借助商業(yè)CFD軟件FLUENT對(duì)玻璃

2、熔窯火焰空間進(jìn)行數(shù)值模擬。在模擬計(jì)算時(shí)，采用的數(shù)學(xué)模型有：標(biāo)準(zhǔn)的k—ε模型（近壁面的流動(dòng)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化），簡(jiǎn)化的PDF快速反應(yīng)模型，離散坐標(biāo)模型（灰氣體的吸收系數(shù)選用基于計(jì)算單元特征尺寸的WSGGM來(lái)計(jì)算）?？刂品匠滩捎糜邢摅w積法進(jìn)行離散，壓力和速度的耦合采用SIMPLE算法求解。采用三對(duì)角矩陣算法（TDMA）進(jìn)行逐面迭代求解，在求解過(guò)程中采用低松弛求解策略。在全氧燃燒條件下，分別從碹頂高度、煙道位置、燃燒器安裝高度和排布方式

3、等角度進(jìn)行模擬研究和優(yōu)化分析。主要結(jié)論如下： （1）適當(dāng)升高碹頂高度對(duì)保護(hù)碹頂和提高玻璃配合料熔化率有利，但不能起到降低堿蒸汽揮發(fā)率的作用。 （2）煙道設(shè)置在熔窯后部時(shí)，窯內(nèi)碹頂附近的氣流相對(duì)較平緩，火焰覆蓋面增大，窯內(nèi)平均溫度提高且更加均勻，有利于玻璃配合料的熔化。 （3）隨著燃燒器安裝高度的增加，玻璃液面的溫度分布更加均勻。燃燒器安裝在0.3m高度時(shí)，氣流有沖刷玻璃液面的傾向，碹頂出現(xiàn)局部高溫區(qū)。燃燒器安裝在

4、0.4m和0.5m高度時(shí)，火焰空間的平均溫度較高，玻璃液面附近的氣流速度較小，對(duì)玻璃液面的擾動(dòng)也較小，堿蒸汽的揮發(fā)率較低，也能更好地避免碹頂?shù)母邷責(zé)龘p。因此，燃燒器的合理安裝高度應(yīng)該在0.4m—0.5m之間。 （4）燃燒器排布7對(duì)燃燒器時(shí)，氣流對(duì)煙道上部位置的碹頂沖刷嚴(yán)重，碹頂附近的堿蒸汽的濃度較大，對(duì)碹頂?shù)那治g更嚴(yán)重。5對(duì)燃燒器時(shí)，情況較好?；鹧娓邷馗采w面大，玻璃液面附近氣流的速度小，有利于玻璃液的熔化和澄清，但碹頂高溫區(qū)較大