多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究
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带 炉 热 容工
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工加 ４ ２ 年 ３ 业热第Ｏ ０ 第期 卷１ １
多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究
饶 文涛 ，郭水华 ，李本 文２
（．宝钢股份研究院，上海 １ ２ １０ ； ．东北大学，辽宁 ０９０ ２ 沈阳 １０ ０ ） １０ ４
（． ａ ｓ ｅ Ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｔ ， ｈ ｎ ｈｉ２ １０ ， ｈｎ ； ２ Ｎｏｔｅ ｓ ｍ ｎｖ ｒｉ ，Ｓ ｅｙ ｎ １０ ４ Ｃ ｉａ １ Ｂ ｏｔ ｌ ｅｈ ｏｏ ｙＣ ｎｅ Ｓ ａｇ ａ ０ ９ ０ Ｃ ｉａ ． ｒ ａｔ Ｕ ｉｅｓｙ ｈ ｎ ａｇ １０ ０ ， ｈｎ ） ｅ ｒ ｈ ｅ ｔ
摘要 ：首先介绍多孔介质燃烧新 技术 （Ｉ ＰＭ）实现工业 应用的情 况，然后介绍了在 应用的过程 中利用数值模拟软件 Ｆ Ｕ Ｎ ，对 天 ＬＥＴ 然气和空气的预混气体在基于工业模 型的多孔 介质燃烧器 内的燃烧进行 了较详细 的研究，为工业应用提供 了参考数据 。
关键 词 ：多孔介质燃烧；节 能；低 ＮＯ ｘ
ｈ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｉ ｔ ｒ ｃ ｓ ｕ ｉ ｇｎ ｍ ｒ ａ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｆ ｒ Ｌ ｔ ｅ ｐ ｌｃ ｔｏ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｆ ｓｎ ｕ ｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔｏ ｏ ｔ ａｅＦ ＵＥ ａ ｎｈ ｏ ｉ ｓ ｗ ＮＴ ａ ｎ ｉ ｒ ｍｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｉ ｄ ｓ ｉ ｌ ｄ ｌ ｎｐ ｒ ｕ ｄ ａ ，ｇ ｓａ ｄａ ｒ ｅ ｘ ｄｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｔ ａ ｐ ｎ ｒ ｍｏ ｅ ｏ ｏ ｓ ｉ ｍｅ ｉ ｂ ｒ ｅ ｓｃ ｍｂ ｓｉ ｎｉ ｅ ａｌ ｈ ｓ ａ ｃ ｒ ｖ ｄ ｓ ｆ ｒ ｎ ｅｆ ｒｉ ｄ ｓ ｉｌ ｐ ｌ ａ ｉｎ． ｕ ｒ ｏ ｕ ｔ ｄ ｔ ｉ ｎ ｏ ｎ ，ｔ ｅｒ ｅ ｒ ｈｐ ｏ ｉ ｅ ｅ ｃ ｏ ｕ ｔ ａ ｐ ｉ ｔ ｅ ｅ ｒ ｅ ｎ ｒ ａ ｃ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｐｏ ｏ ｓ ｅ ｉ ｍ ｏ ｕ ｔ ｎ； ｅ ｅ ｇ ａ ｉ ｇ； ｌ ｗ ｒ ｕ ｄ ｕ ｃ ｍｂ ｓｉ ｍ ｏ ｎ ｒｙｓ ｖｎ ｏ ＮＯｘ
中图分类号 ：Ｔ ０６１ Ｆ ６． 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．６ ９２ １）３０ ３ —３ ０ ２１３ （０ １０ －０ ９０
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｍ ｒ ｃ ｌ ｍｕｌｔｏ ｓ ａ ｃ ｔ ｎ ｕ ｔ ｉ ｌ ｐ ｉ ａ ｏ ｆＰ ｒ ｕ ｅ ｉ ｍ ｍｂ ｓ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ａ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｏ Ｉ ｄ ｓ ｒａ ｉ ｎ Ａｐ ｌ ｔ ｎ ｏ ｏ ｏ ｓＭ ｄ ｕ Ｃｏ ｃｉ ｕ ｔ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｉ Ｒ ＡＯ ｅ ．ａ ＧＵＯ ｈ ｉ ｕ Ｗ ｎ ｔｏ ， Ｓ ｕ ． ａ ，ＬＩ ｎ Ｗｅ ｈ Ｂｅ ． ｎ
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的结果 作 了比较 。然后对工业煤 气 （ 多组分 气体）和空
Fra Baidu bibliotek
度 的显著提高 和辐射传 热的增加 ，燃烧热利用 效率大大
提高 （ 有些情 况甚至超过 ５％） ０ ，另外 Ｐ ＭＣ技术对使 用
低 热值 （ 劣质 ）燃料 （ 高炉煤气 、有 机废气 等）也有 明
显的优 势 。
气在多孔介质 中的预混燃烧进行模拟研 究。
Ｐ ＭＣ技术被 国际燃烧界誉为 ２ 世纪最有发展前途 的 ｌ
燃烧 技术 ，国内哈工大 秦裕琨 院士 的课题组称 其为 “ 划
时代 的燃烧技术” 。目前在 日本、德 国和美 国， ＭＣ技术 Ｐ
ｌ 数值模拟方程建 立
１ 模拟 中采用的假设 ． １ 多孔 介质 中的燃烧过程 ，是流动 、传 热及 化学反应 各过程相 互作 用、相互影响 的结 果 。由于 多孔 介质的结
多孔介质燃烧技术， 又称 为 Ｐ ＭＣ技术 （ ｏｏ ｓ ｄａ Ｐ ｒｕ ｉ Ｍｅ Ｃ ｍｂ ｓｏ ｏ ｕｔ ｎ多孔介质燃烧 技术 ） ｉ 是最近 ｌ ０余年 国际燃烧 领域 发展 的一 种全新型 燃烧方式 ，相 比燃烧 时存在局 部
应用 。
宝钢研究 院节 能项 目组 自 ２ ０ 年开展对 Ｐ ０７ ＭＣ 技术 的研究［，并于 ２ １ ０ ０年 ８ 月在一 台 ２Ｍｗ 功率 的加 热炉
构复 杂，其 中的详 细流动 、传热 、辐射过程 是非常复杂 的 。因此，对多孔 介质 中的详 细微观结构模 拟是很 困难
已成 功地应用 于冶金 、机械 、化 工 、陶瓷等工 业部 门的
一
些燃 气炉窑上 。Ｐ ＭＣ技术 目前在 国内没有实现工业 化
收稿 日期 ：２ １—０２ ；修 回 日期 ：２ １—３１ ００１—０ ０１０ —７ 作者 简 介 ：饶 文涛 （９ ８ ） １６一 ，男 ，江 西南 昌人 ，工学 博士 ，教 授级
高温 的 “ 有焰”燃烧，这 种燃烧 没有明火焰，ＮＯ 和 Ｃ ｘ Ｏ
等污染 物的生成显著降低 （ 可达 ７％以上 ） ０ ；由于整体 温
上实现 了多孑介质燃烧技术 的应用 ， Ｌ 填补 了国内的空白。 本文介绍对该工业 应用利用运 用 Ｆｕｎ 软件进行模 拟研 ｌｅｔ
究 的情 况，包括建 立二维稳态层 流预混反 应模 型，模拟 了甲烷和 空气在 多孔介质 中的预混燃烧，并和文献 【】 ２
Ｄ １．９ ９ ． ｓｎ ０ ２１３ ． １．３０ １ Ｏｈ ０ ６ ／ ｉｓ．１０ －６ ９２ １ ．１ ３ ｊ ０ ０
工加 ４ ２ 年 ３ 业热第Ｏ ０ 第期 卷１ １
多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究
饶 文涛 ，郭水华 ，李本 文２
（．宝钢股份研究院，上海 １ ２ １０ ； ．东北大学，辽宁 ０９０ ２ 沈阳 １０ ０ ） １０ ４
（． ａ ｓ ｅ Ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｔ ， ｈ ｎ ｈｉ２ １０ ， ｈｎ ； ２ Ｎｏｔｅ ｓ ｍ ｎｖ ｒｉ ，Ｓ ｅｙ ｎ １０ ４ Ｃ ｉａ １ Ｂ ｏｔ ｌ ｅｈ ｏｏ ｙＣ ｎｅ Ｓ ａｇ ａ ０ ９ ０ Ｃ ｉａ ． ｒ ａｔ Ｕ ｉｅｓｙ ｈ ｎ ａｇ １０ ０ ， ｈｎ ） ｅ ｒ ｈ ｅ ｔ
摘要 ：首先介绍多孔介质燃烧新 技术 （Ｉ ＰＭ）实现工业 应用的情 况，然后介绍了在 应用的过程 中利用数值模拟软件 Ｆ Ｕ Ｎ ，对 天 ＬＥＴ 然气和空气的预混气体在基于工业模 型的多孔 介质燃烧器 内的燃烧进行 了较详细 的研究，为工业应用提供 了参考数据 。
关键 词 ：多孔介质燃烧；节 能；低 ＮＯ ｘ
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中图分类号 ：Ｔ ０６１ Ｆ ６． 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．６ ９２ １）３０ ３ —３ ０ ２１３ （０ １０ －０ ９０
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｍ ｒ ｃ ｌ ｍｕｌｔｏ ｓ ａ ｃ ｔ ｎ ｕ ｔ ｉ ｌ ｐ ｉ ａ ｏ ｆＰ ｒ ｕ ｅ ｉ ｍ ｍｂ ｓ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ａ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｏ Ｉ ｄ ｓ ｒａ ｉ ｎ Ａｐ ｌ ｔ ｎ ｏ ｏ ｏ ｓＭ ｄ ｕ Ｃｏ ｃｉ ｕ ｔ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｉ Ｒ ＡＯ ｅ ．ａ ＧＵＯ ｈ ｉ ｕ Ｗ ｎ ｔｏ ， Ｓ ｕ ． ａ ，ＬＩ ｎ Ｗｅ ｈ Ｂｅ ． ｎ
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的结果 作 了比较 。然后对工业煤 气 （ 多组分 气体）和空
Fra Baidu bibliotek
度 的显著提高 和辐射传 热的增加 ，燃烧热利用 效率大大
提高 （ 有些情 况甚至超过 ５％） ０ ，另外 Ｐ ＭＣ技术对使 用
低 热值 （ 劣质 ）燃料 （ 高炉煤气 、有 机废气 等）也有 明
显的优 势 。
气在多孔介质 中的预混燃烧进行模拟研 究。
Ｐ ＭＣ技术被 国际燃烧界誉为 ２ 世纪最有发展前途 的 ｌ
燃烧 技术 ，国内哈工大 秦裕琨 院士 的课题组称 其为 “ 划
时代 的燃烧技术” 。目前在 日本、德 国和美 国， ＭＣ技术 Ｐ
ｌ 数值模拟方程建 立
１ 模拟 中采用的假设 ． １ 多孔 介质 中的燃烧过程 ，是流动 、传 热及 化学反应 各过程相 互作 用、相互影响 的结 果 。由于 多孔 介质的结
多孔介质燃烧技术， 又称 为 Ｐ ＭＣ技术 （ ｏｏ ｓ ｄａ Ｐ ｒｕ ｉ Ｍｅ Ｃ ｍｂ ｓｏ ｏ ｕｔ ｎ多孔介质燃烧 技术 ） ｉ 是最近 ｌ ０余年 国际燃烧 领域 发展 的一 种全新型 燃烧方式 ，相 比燃烧 时存在局 部
应用 。
宝钢研究 院节 能项 目组 自 ２ ０ 年开展对 Ｐ ０７ ＭＣ 技术 的研究［，并于 ２ １ ０ ０年 ８ 月在一 台 ２Ｍｗ 功率 的加 热炉
构复 杂，其 中的详 细流动 、传热 、辐射过程 是非常复杂 的 。因此，对多孔 介质 中的详 细微观结构模 拟是很 困难
已成 功地应用 于冶金 、机械 、化 工 、陶瓷等工 业部 门的
一
些燃 气炉窑上 。Ｐ ＭＣ技术 目前在 国内没有实现工业 化
收稿 日期 ：２ １—０２ ；修 回 日期 ：２ １—３１ ００１—０ ０１０ —７ 作者 简 介 ：饶 文涛 （９ ８ ） １６一 ，男 ，江 西南 昌人 ，工学 博士 ，教 授级
高温 的 “ 有焰”燃烧，这 种燃烧 没有明火焰，ＮＯ 和 Ｃ ｘ Ｏ
等污染 物的生成显著降低 （ 可达 ７％以上 ） ０ ；由于整体 温
上实现 了多孑介质燃烧技术 的应用 ， Ｌ 填补 了国内的空白。 本文介绍对该工业 应用利用运 用 Ｆｕｎ 软件进行模 拟研 ｌｅｔ
究 的情 况，包括建 立二维稳态层 流预混反 应模 型，模拟 了甲烷和 空气在 多孔介质 中的预混燃烧，并和文献 【】 ２