_RTO燃烧室的流场与应力分析

ＲＴＯ燃烧室的流场与应力分析姚兴安，刘虎祯，李宝荣（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州２２５１０１）摘要：对本公司设计的一台蓄热式焚烧（ＲＴＯ）样机的燃烧室进行流场分析来保证一定的废气停留时间，通过温度场分析来保证ＲＴＯ外壁温度不超过５０℃，通过应力分析来保证结构的可靠性。分析结果表明，本公司设计的ＲＴＯ燃烧室的流场、温度场及应力场都满足设计要求。关键词：蓄热式焚烧；燃烧室；废气停留时间；流场；温度场；应力场中图分类号：Ｘ５１３文献标识码：Ｂ文章编号：ＣＮ３２－１４１３（２０１９）０４－０１１３－０４ＤＯＩ：１０．１６４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｃｄｚｄｋ．２０１９．０４．０２５ＦｌｏｗＦｉｅｌｄａｎｄＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲＴＯＣｏｍｂｕｓｔｏｒＹＡＯＸｉｎｇ－ａｎ，ＬＩＵＨｕ－ｚｈｅｎ，ＬＩＢａｏ－ｒｏｎｇ（Ｔｈｅ７２３ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＳＩＣ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｏｘｉｄｉｚｅｒ（ＲＴＯ）ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｄｅ－ｓｉｇｎｅｄｂｙｏｕｒｃｏｍｐａｎｙｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｓｔａｙｉｎｇｔｉｍｅｏｆｗａｓｔｅｇａｓ．ＡｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＲＴＯｃｏｍｂｕｓｔｏｒｉｓｕｎｄｅｒ５０℃．Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅＲＴＯｃｏｍｂｕｓｔｏｒａｌｌｍｅｅｔｔｈｅｄｅ－ｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｏｘｉｄｉｚｅｒ；ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ；ｓｔａｙｉｎｇｔｉｍｅｆｏｒｗａｓｔｅｇａｓ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ；ｔｅｍｐｅｒ－ａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ收稿日期：２０１８０９２００引言挥发性有机化合物（ＶＯＣｓ）一般指沸点低于２５０℃的化学物质，是比较常见的大气污染物，主要来源于石化、制药、汽车喷涂、家具涂装等行业排放的有机废气，排放量已接近或超过ＮＯｘ排放量，年排放量超过２０００万吨［１］，在未来相当长的时期内，ＶＯＣｓ肯定是监管和处理重点。许多ＶＯＣｓ具有神经、肾脏和肝脏毒性，甚至有致癌作用，能损害血液成分和心血管系统，诱发免疫系统疾病、内分泌系统及造血系统疾病［２］。目前ＶＯＣｓ有很多种处理方式，主要包括催化氧化、活性炭吸附、催化焚烧等方法。根据ＶＯＣｓ废气产生特点及经济性，蓄热式焚烧（ＲＴＯ）技术具有净化效率高、污染物分解彻底、换热效率高、节能、阻力低、风机装机功率小等优点［３］，对处理ＶＯＣｓ有着较广泛的应用前景。而ＲＴＯ最重要的结构部分是氧化室，要保证废气流动分布均匀、一定的停留时间及结构的可靠性，研究ＲＴＯ氧化室的流场与应力具有重要的意义。１ＲＴＯ技术简介ＲＴＯ技术是将废气中的挥发性有机污染物热力氧化成二氧化碳和水的一种废气治理技术；其良好运行的三要素为３Ｔｓ，即温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）、湍流度（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）以及停留时间（Ｔｉｍｅ），ＲＴＯ设备的正常工作温度为７６０℃～８００℃，同时ＲＴＯ设备内部需要保持较好的湍流度，使得ＶＯＣｓ废气在ＲＴＯ设备中分布得较为均匀，避免局部高温造成爆炸等事故的产生；最后，ＶＯＣｓ气体污染物分子需要在高温区停留一定时间才能取得较高的废气去２０１９年８月舰船电子对抗Ａｕｇ．２０１９第４２卷第４期ＳＨＩＰＢＯＡＲＤＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＶｏｌ．４２Ｎｏ．４除率。ＲＴＯ设备可将废气燃烧放出的热量存储下来并用于未反应废气的预热，热回收效率可达９５％以上，从而节省废气升温所需的燃料消耗。２ＲＴＯ工作原理蓄热式热氧化炉与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉相比，具有热效率高（大于９０％）、运行成本低、能处理大风量低浓度（相对于废气排放而言）等优点。ＲＴＯ装置有两室、三室及多室装置，两室ＲＴＯ装置ＶＯＣｓ的去除率在９５％～９８％，三室ＲＴＯ装置ＶＯＣｓ去除率可达到９８％以上［４］。两室ＲＴＯ没有吹扫工序，在进行阀门切换时，部分ＶＯＣｓ废气没有经过处理直接排放，从而降低了ＶＯＣｓ的去除效率。多室ＲＴＯ是在废气量非常大的情况下，为保证废气进气的均匀性，增加了同时进气和出气的蓄热室数量。目前三室ＲＴＯ是主流实用装置，较好地兼顾了效率和投资成本［５］。三室