硅碳棒窑炉燃烧系统传热效率
在传统横火焰硅碳棒窑炉中采用的侧烧喷枪,其喷枪安装在硅碳棒窑炉胸墙上,燃料燃烧形成火焰与玻璃池窑表面平行,硅碳棒窑炉燃烧空间主要通过火焰的辐射传热和高温烟气与玻璃液面的对流换热向玻璃池窑传递能量。由于侧烧喷枪形成的火焰覆盖面积大,火焰在玻璃池窑上方均匀分布可以实现大面积玻璃液的均匀加热。通过控制燃料量和比例分配还可以精准控制硅碳棒窑炉内温度分布。然而,相比顶烧技术,采用侧烧喷枪的硅碳棒窑炉其燃料燃烧形成的火焰与玻璃液热交换强度较弱,硅碳棒窑炉燃烧系统传热效率相对较低。
ANSYS Fluent软件可采用有限元法和有限体积法离散变量,软件是采用有限体积法离散变量,两者都可用于玻璃熔窑流体流动、传热和质量交换以及化学反应过程的研究。ANSYS Fluent是一种通用流体力学计算软件,适用于各种复杂形状和工况的流体状态模拟软件包含的数学模型丰富,网格划分技术和求解算法先进,模拟求解精度高,适用性广。GFM是一种玻璃硅碳棒窑炉专用模拟软件,模型求解是对玻璃池窑模型和火焰空间模型分别进行计算,通过火焰空间与玻璃池窑藕合面的物质和热量迭代交换实现火焰空间与池窑模型的藕合,针对玻璃硅碳棒窑炉模拟精度较高,是一款工程应用软件。
为改善玻纤硅碳棒窑炉燃烧状况,提高热效率和熔化率,本文采用捷克公司开发的GFM软件开展玻纤硅碳棒窑炉燃烧方式的数值模拟研究,探究顶烧和侧烧两种燃烧方式对燃烧空间温度场、烟气流场、玻璃液温度场和传热效率的影响规律,为优化玻纤硅碳棒窑炉燃烧系统、指导实际生产调整提供依据。
研究采用捷克公司开发的GFM软件建立玻璃硅碳棒窑炉三维数值模型并对模型进行网格划分。顶烧、侧烧硅碳棒窑炉模型几何结构及网格划分如图1、图2所示。
以设计熔化量184 t/d的玻璃纤维熔窑为研究对象,该熔窑燃烧空间长17. 3 m,宽6. 0 m,胸墙高1.3 m,以天然气为燃料,总燃气流量为887. 8 Nm·h,纯氧助燃。采用顶烧方式的硅碳棒窑炉,燃气喷枪安装在大暄顶部,其中大暄两侧各4支,大暄前段中间1支,共9支喷枪,编号分别为1#}9#,喷枪排列如图1(a)所示。顶烧燃气喷枪距离及燃气流量如表1所示。
采用侧烧方式的硅碳棒窑炉,喷枪安装在硅碳棒窑炉两侧胸墙上,喷枪中心距玻璃液面高度为0. 6 m,五对喷枪错位排列,编号分别为1'#一10'#,如图2(a)所示,侧烧燃烧器距离及燃气流量如表2所示。http://www.zbqunqiang.cn/
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