在工业快速发展的时代,水泥生产、发电厂发电常用的煤粉、天然气等燃料在燃烧过程中不可避免的会产生SOx和NOx等污染性气体,现阶段常用SCR法在催化剂作用下还原NOx,为保证烟气达到脱硝处理催化剂的温度窗口,加热装置应运而生。本文研究的新型管道烟气加热装置利用内置式燃烧器将加热过程和混合过程集合为一体,在对初始结构进行分析后找出点火失败的原因并进行结构的改进和优化。利用CFD技术,以Q10燃烧器作为研究对象,采用Pro/E、ICEM CFD以及Fluent等研究工具,建立合适的计算模型以及流域对初始结构进行数值模拟分析,结合现场的工况反馈进行结构优化和优化后的模拟分析。得出初始结构点火失败的原因在于中心风道出口的流速过快,据此对天然气旋流环的角度、中心风道出口处的钝体和中心风道的直径几个参数进行研究,最终得到相对合理的优化结构。具体工作内容和研究成果如下:系统分析了新型管道烟气加热装置的工作原理,并对系统的各项重要参数进行理论分析,之后对比多种数学模型,确定在数值模拟计算时的模型选择。湍流模型选用RANS下的标准k-ε模型、壁面函数选用标准壁面函数、辐射换热模型选用P1辐射模型、燃烧模型选用涡耗散EDM模型。利用Pro/E建立以Q10燃烧器为主体的管道烟气加热装置三维模型,结合现场的工况参数对系统的热值系统和空气过量系数进行校核,最后确定数值模拟计算的求解方式,压力速度耦合格式选用SIMPLEC格式,离散格式选用一阶迎风格式,压力差值格式选用Standard格式。基于初始结构满载条件和降低流量条件下的模拟分析结果,确实中心风道出口速度过快是造成点火失败的主要因素,从而确定改进的结构参数:天然气旋流环的旋流角度、中心风道出口处的钝体形状和中心风道的直径大小。对初始结构重新建立模型、划分网格、数值模拟,最后对比分析得出天然气旋流环的优化角度、中心风道出口处钝体和中心风道的优化结构,使得旋流效果更好、燃烧更稳定、高温烟气和低温烟气有充足的时间进行热量交换,烟气出口处的烟气分布更加均匀。本研究的管道烟气加热装置的优化能充分利用低温烟气中的氧气,减少需要升温的气体体积,节约能源;同时减少设备的占地面积,降低成本,保护环境,对脱硫脱硝过程中的燃烧器和加热装置的开发具有理论指导意义。