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高温空气燃烧技术具有高效烟气余热回收和高温预热空气以及低NO_X排放等多重优越性,是在工业发达国家已经开始应用的一种新型燃烧技术。目前,这项技术处于大力推广阶段,得到了国际工业界和科学界的广泛关注。本文利用商用CFD软件Fluent 6.3对高温空气燃烧的三维热态空间进行了数值模拟。采用标准k～ε双方程模型,PDF扩散燃烧模型,离散坐标模型(DO模型),扩大的捷里多维奇机理和快速型NO_X生成机理系统的研究了烧嘴结构和操作参数对高温空气燃烧过程的影响,为设计和优化烧嘴结构以及高温空气燃烧技术的应用提供了指导和借鉴。通过计算结果分析得出以下结论:首先,对本文采用的数值模型和计算方法进行了可靠性验证,结果表明本文所采用的数值计算结果和计算方法能够很好的模拟高温空气燃烧过程,计算结果可信。其次,研究和探索了喷嘴结构对高温空气燃烧特性的影响。模拟结果表明,具有两个空气喷口的燃烧器,具有相对较好的燃烧特性;减小燃烧器的空气分布夹角β可以增强燃烧室内高温烟气的回流,有效的抑制热力型NO_X的生成;在此基础上,进一步分析了燃料射流倾角和射流速度比对燃烧性能的影响,并指出燃料射流倾角一般取为10～20度;另外,对于具有不同燃料射流倾角的烧嘴结构,存在一个合适的射流速度,使燃烧室内烟气循环得到强化,实现较好的高温空气燃烧过程。最后,分析了操作参数对高温空气燃烧特性的影响。结果表明,在满足燃烧效率的基础上,应该尽量采用较小的燃气流量,这样不仅可以节约能源,而且还能控制燃烧过程污染物的排放;炉膛内平均温度和出口NO_X排放随空气过量系数的增加而减小,在保证燃烧工艺的条件下,适当增加燃烧过程空气过量系数,可以实现NO_X的低排放目标;燃烧区最高温度和平均温差随进口空气预热温度呈近似线性变化关系,NO_X排放浓度随进口空气预热温度呈指数变化关系;燃烧区最高温度和平均温差与进口空气含氧量呈近似线性关系,NO_X排放浓度随进口空气含氧量呈指数形式的变化关系。