高温空气燃烧技术(HTAC)是上世纪90年代由日本成功开发的一项节能、环保的新技术。现已经给各国进一步提高燃料利用水平和降低环境污染带来了新的机遇。高温空气燃烧技术通过回收炉膛排放烟气的余热,将助燃空气加热至800℃～1000℃以上的高温烟气排放温度降低到较低温度;高温预热后的助燃空气与燃料射流在炉内混合形成扩散燃烧,从而提高热利用率。与传统燃烧方式相比,运用该技术可以节约能源50%～60%,设备尺寸减少可达30%左右。本文采用具有模拟复杂外形的流体流动及热传导的流体软件,建立了一个三维燃烧空间,对采用高温空气燃烧技术的铝矾土煅烧窑进行模拟研究。选用k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、DO离散坐标辐射传热模型对三维空间进行数值模拟。首先分析了采用高温空气燃烧技术的窑炉与传统窑炉的温度场和组分场;其次,通过改变空气进口压力、燃料喷口速度、空气预热温度和燃料烧嘴与底面烟道间的距离,研究了燃烧过程中,不同运行参数对炉内温度场、组分场以及NOX排放量的影响。研究结果表明:1、传统倒焰窑内部温度水平总体较低,温差较大,而新型倒焰窑温度水平高,温差小,燃料燃烧较完全,节约能源。2、不同工况对温度场的模拟结果分析表明,随着空气压力的减小,高温区域缩小,温差减小,温度的均匀性增加;随着燃料速度的增大,烧嘴截面上的最高温度升高,高温区扩大,温差减小;随着预热空气温度的提高,窑炉内的温差减小,高温区缩小,温度的均匀性明显增强;随着燃料烧嘴与底面烟道间距离的增大,烧嘴截面上的最高温度升高,温差增大。3、不同工况对炉内组分场的模拟结果分析表明,随着空气进口压力的减小,甲烷的浓度分布均匀;氧气的浓度分布更加均匀,且高氧浓度区域减少,低氧区域增加;二氧化碳的生成总量增加;随着燃料喷口速度的提高,燃料烧嘴所在截面上氧气浓度高的区域减少,氧气浓度低的区域增加;在低氧浓度区域二氧化碳的浓度较高,高氧浓度区域二氧化碳的浓度低;随着空气预热温度的提高,氧气的浓度分布更加均匀,二氧化碳的量在增加,且在氧浓度低的区域,二氧化碳的含量较高;燃料烧嘴与底面烟道间的距离增大,甲烷的浓度分布趋于均匀;低氧浓度区域增加,高氧浓度区域缩小;二氧化碳的浓度增加。4、不同工况对NOX排放量的模拟结果分析表明,随着空气进口压力的增加,氮氧化物的排放量减少,当空气进口压力由50变为100时,氮氧化物的量下降最快;燃料射流速度的增加,氮氧化物的量增加,氮氧化物增加的速度减小;空气预热温度的提高,促进了氮氧化物的生成。5、在建立的试验炉进行热态试验,主要研究了不同换向周期下炉内温度的波动变化和蓄热体的蓄热效果。换向周期为450秒时的平均炉温波动(平均炉温差)最大,换向周期为90秒时平均炉温波动最小。