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节能
ENERGY CONSERVATION
2015年第11期（总第398期）
一种高强度富氧天然气燃烧器火焰特性的数值模拟
张积浩，王恒"，彭雨程，董之润
（1.北京科技大学机械工程学院，北京100083：2.北京科技大学冶金工业节能减排
北京市重点实验室，北京100083）
摘要：根据天然气冲天炉结构特点设计了一种富氧高燃烧强度的燃烧器并建立燃烧器燃烧的物理模型和数学模型，利用CFD软件Fluent模拟研究了不同预热温度以及不同空气预混比例对燃烧温度、
火焰长度变化等的影响规律，为以后该类型燃烧器的设计提供了理论依据。关键词：富氧燃烧；火焰长度；数值模拟；天然气冲天炉
中图分类号：TK16文献标识码：A文章编号：1004-7948(2015)11-0014-04 doi:103969/j. issn. 1004 7948. 2015. 11.004
引言
铸造是工业生产中一个高污染、高能群的行
业，冲天炉作为铸造车间的首要熔炼设备，更是铸造行业能耗和污染大户，因此对传统的焦炭冲天炉进行改进是铸造行业节能减排的重要途径。大然气冲天炉是一种新型的冲天炉，它使用天然气作为燃料，具有熔炼性能可调节范围大，污染物排放量少，吨铁液成本低等优点。但它的一个弊端是铁水出炉温度比普通的焦炭冲天炉要低1-2]。因此为了有效提高铁液温度及熔化率，需要结合天然气冲天炉的特点，对燃烧器进行设计改进，这就对天然气冲天炉燃烧器提出了新的要求。
在天然气冲天炉的炉结构方面，钱建国[3-4]等通过调研国内外天然气冲天炉历史与现状，分析了天然气冲天炉结构与性能之间的关系，总结出提高铁液温度对冲大炉结构方面要求：在米用新型燃爆技术基础上，注意控制燃烧室的容积，以便使燃烧空间尽可能小，同时采用短火焰烧嘴。因此受限于大然气冲大炉的体积，要求燃烧器的燃烧温度定够高，并且火焰长度尽可能短。
富氧燃烧在工业炉中具有广泛的应用，它与常规燃烧相比，具有提高燃烧温度，降低燃料消耗，有利于减小设备尺寸，减少污染物排放等优点[5-6]。因此非常适用于天然气冲天炉这种结构紧凑并且
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（项目编
号:FRFSD12013A)
要求高燃烧强度的设备。
在充分考虑天然气冲天炉结构特点的基础上，
设计广一种适用于大然气冲大炉的高强度富氧燃烧器进行模拟研究，利用CFD软件Fluent研究了不同空气预热温度和不同空气预混比例等对燃烧器的燃烧特性的影响。
1燃烧器计算区域的物理模型和数学模型 1.1燃烧器计算区域的物理模型
燃烧器计算区域的物理模型尺寸图如图1所
示。燃烧室进口尺寸图如图2所示。
6450
1000
300
图1燃烧器模型图（单位：mm）图2燃烧室进口尺寸图（单位：mm）