炭黑是重要的工业原料,90%以上用于橡胶制品。我国是世界上最大的炭黑生产国,油炉法是主要的生产工艺。目前,我国油炉法炭黑生产过程存在的主要问题是油炭比偏高,生产效率偏低。油炉法产炭工艺中,雾化液滴在燃烧室内高速气流中燃烧为炭黑生产过程提供热量,提高燃料油燃尽率,以提高燃料油利用率是增加炭黑产率的重要环节。本文针对雾化液滴在燃烧室内高速气流中燃烧过程,探究优化燃烧工况、改善燃油喷嘴雾化效果、加入旋流等方法,以降低炭黑生产油炭比,提高炭黑产率。本文对喷嘴雾化及油雾燃烧过程进行数值模拟研究。首先采用流体体积函数的气液两相流动模型,研究了双流体喷嘴内部的燃料油与空气的流动特性,获得了喷嘴出口气液速度分布;采用Euler-Lagrange法,研究了喷嘴外部流场及液滴运动轨迹,获得了喷嘴外喷雾的喷射情况及喷射粒径,速度等。选用扩散燃烧模型、P1模型、可实现的k-ε模型、DPM模型等,根据现场实际运行参数,探究了燃烧段油雾燃烧过程,获得温度、CO分布等燃烧特性。对喷嘴内部流动及外部雾化的模拟表明,喷嘴出口气液相对速度为420m/s、喷雾的雾化粒径为45.1μm、喷雾的运动轨迹受助燃空气影响较大。对燃烧炉内部高速混流燃烧的模拟结果表明,燃烧段存在火焰长度较长、CO出口浓度较高、反应不完全、燃油利用率较低等问题。本文通过优化工质参数及加入旋流的方式进行燃烧改进。在改变工质参数中,发现燃油量在650kg/h-700kg/h、空气温度为1100K时燃烧效果较好;喷嘴喷射角度为60°时烟气温度较高,出口CO浓度较低,并且壁面温度在允许范围内,当喷嘴喷射角度为90°时,虽然烟气温度更高,燃烧更完全,但壁面温度过高。在加入旋流的模拟中,发现旋流叶片距离喷嘴出口较近时,可以形成更宽更靠前的回流区;旋流叶片数量较少时会产生两个回流区,两个回流区都较小,旋流效果较差,旋流叶片数量较多时烟气温度更高,反应更加完全;合理地增加旋流叶片的角度可以提高燃烧炉内的温度,使反应更加完全。旋流叶片角度过大时旋流效果较差。最终得到采用12个旋流叶片、叶片角度为60°、叶片位置距离空气入口0.24m左右处时旋流效果较好。