沼气壁挂炉的设计与实验研究

发布时间：2017-09-23 22:25

  本文关键词：沼气壁挂炉的设计与实验研究

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【摘要】：随着人民生活水平的提高,南方村镇地区供暖的呼声也越来越高,由于这些地方常年地温较高、沼气原料产量较多、沼气产业发达。因此,发展以沼气为气源的壁挂炉分户采暖供暖系统不仅可以解决该地区供暖问题,还能实现农业废弃物的再利用,减少环境污染。针对该地区的这些特点,本文设计加工了一台以沼气为气源的燃气壁挂炉,并对壁挂炉进行了实验研究,致力于获得更加合理的设计参数,为此主要进行了以下工作。燃烧器的设计计算。主要包括燃气基本参数计算,燃烧器进、排气参数计算,燃烧器结构计算。设计中采用60%(体积含量)重庆天然气和40%(体积含量)CO2的混合气模拟6T标准气,设计要求燃烧器输入热负荷为25kW,燃烧器前压力为1600Pa。燃烧器形式采用大气式燃烧器,一次空气系数为0.6。经计算,燃烧器采用15个火排,引射器为大气式喉部直径为12mm,燃烧器的火孔面积为4744.5mm2。由于加工条件的限制,实际燃烧器某些结构尺寸与设计结构尺寸之间有一定的差异,导致一次空气系数偏大,采用缩小燃烧器引射器入口直径的方法减少一次空气量,当引射器入口直径为8mm左右时,一次空气系数基本满足要求。对所加工燃烧器进行实验研究,主要包括喷嘴孔径实验和沼气成分、压力变化对燃烧器一次空气系数、燃烧火焰状态、燃烧器热负荷的影响实验。实验结果显示,当燃烧器采用2.0mm喷嘴时,燃烧器的输入热负荷、一次空气系数、火焰燃烧状态等参数均能达到设计要求。当沼气中CH4含量在55%~80%范围内变化,且沼气压力在800~3200Pa之间变化时,燃烧器并未出现脱火、回火、黄焰等不良状况。对壁挂炉整机进行实验研究,主要包括壁挂炉过剩空气系数的优化选择以及壁挂对沼气成分变化的适应能力检验。当过剩空气系数取为1.5~1.9时,壁挂炉热效率和烟气成分均能满足《GB25034—2010燃气采暖热水炉》要求。而当过剩空气系数取中位值1.7时,沼气中CH4含量在40%~70%以内,烟气成分满足国家标准。当沼气中CH4含量在40%~70%之间变化时,壁挂炉热效率均高于国家规范要求的84%。
【关键词】：沼气壁挂炉 沼气成分 燃烧器前压力 火焰稳定性 热效率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU832
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 我国沼气事业的发展9-10
• 1.1.2 供暖方式的转变及夏热冬冷地区供暖问题的凸显10-12
• 1.1.3 课题研究意义12
• 1.2 燃气壁挂锅炉的简介12-15
• 1.2.1 燃气壁挂锅炉的原理结构13-14
• 1.2.2 燃气壁挂锅炉的运用及存在的问题14-15
• 1.3 国内外研究现状15-16
• 1.3.1 国外研究现状15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 研究内容和技术路线16-17
• 1.4.1 研究内容17
• 1.4.2 技术路线17
• 1.5 本章小结17-19
• 2 沼气预混燃烧的基本原理19-29
• 2.1 引射器的基本原理19-21
• 2.1.1 引射器的工作原理19
• 2.1.2 低压引射器基本方程19-21
• 2.2 部分预混燃烧的反应过程21-27
• 2.2.1 燃烧机理22-23
• 2.2.2 燃烧温度23-24
• 2.2.3 燃烧速度24-25
• 2.2.4 CO的生成机理25
• 2.2.5 NOx的产生机理25-27
• 2.3 本章小结27-29
• 3 沼气壁挂炉燃烧系统设计及整机结构29-41
• 3.1 沼气燃烧器设计依据29
• 3.2 燃气的燃烧计算29-32
• 3.2.1 燃气热值计算29-30
• 3.2.2 沼气密度计算30
• 3.2.3 燃气耗量计算30
• 3.2.4 理论空气量和实际空气量计算30-31
• 3.2.5 实际烟气量计算31
• 3.2.6 华白数和燃烧势计算31-32
• 3.3 燃烧器的设计计算32-35
• 3.3.1 燃烧器头部设计计算32-33
• 3.3.2 燃烧器引射器结构设计计算33-35
• 3.4 沼气壁挂炉整机结构35-39
• 3.4.1 燃气燃烧系统结构35-37
• 3.4.2 排烟系统37-38
• 3.4.3 水加热系统38-39
• 3.4.4 自动控制与安全保护系统39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 沼气壁挂炉性能测试实验设计41-49
• 4.1 沼气壁挂炉燃烧器性能测试实验41-43
• 4.1.1 燃烧器性能测试实验系统简介41-42
• 4.1.2 喷嘴孔径优化实验42
• 4.1.3 燃烧器对沼气组分变化的适应性实验42
• 4.1.4 燃烧器对沼气压力变化的适应性实验42-43
• 4.2 沼气壁挂炉整机性能测试实验43-45
• 4.2.1 整机性能测试实验系统简介43-44
• 4.2.2 过剩空气系数变化对整机性能影响实验44
• 4.2.3 整机对沼气成分变的适应性实验44-45
• 4.3 实验仪器简介45-48
• 4.3.1 燃烧器性能测试实验仪器简介45-47
• 4.3.2 整机性能测试实验仪器简介47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 燃烧器燃烧性能测试实验49-71
• 5.1 喷嘴孔径的优化实验49-55
• 5.1.1 喷嘴孔径对输入热负荷的影响49-51
• 5.1.2 喷嘴孔径对一次空气系数的影响51-53
• 5.1.3 喷嘴孔径对火焰燃烧状态的影响53-55
• 5.1.4 结论55
• 5.2 沼气组分变化对燃烧器的影响实验55-63
• 5.2.1 沼气组分变化对输入热负荷的影响55-58
• 5.2.2 沼气组分变化对一次空气系数的影响58-60
• 5.2.3 沼气组分变化对火焰燃烧状态的影响60-63
• 5.2.4 结论63
• 5.3 沼气压力变化对燃烧器的影响实验63-69
• 5.3.1 沼气压力变化对输入热负荷的影响63-65
• 5.3.2 沼气压力变化对一次空气系数的影响65-67
• 5.3.3 沼气压力变化对火焰燃烧状态的影响67-68
• 5.3.4 结论68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 壁挂炉整机性能测试实验71-83
• 6.1 过剩空气系数变化对整机性能的影响实验71-77
• 6.1.1 过剩空气系数对燃烧状态及烟气成分的影响71-75
• 6.1.2 过剩空气系数对热效率的影响75-77
• 6.2 沼气组分变化对整机性能影响实验77-81
• 6.2.1 沼气组分变化对燃烧状态及烟气成分的影响77-80
• 6.2.2 沼气组分变化对热效率的影响80-81
• 6.3 本章小结81-83
• 7 结论及展望83-85
• 7.1 本文主要结论83-84
• 7.2 本文不足及展望84-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-89
• 附录89-90
• A.作者在攻读硕士期间发表的论文89
• B.作者攻读硕士期间参与的科研项目89
• C.实验装置及部分仪器89-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘峰;;分户壁挂炉独立供暖与集中供暖优势比较[J];中国高新技术企业;2010年33期

2 陈豫;杨改河;冯永忠;任广鑫;;农村户用沼气发展的资源分析[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2009年03期

3 钱文斌;刘万勇;袁赓;朴贞花;;燃气壁挂炉分户采暖的应用前景[J];煤气与热力;2005年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张婧;沼气与常规燃气掺混供应技术研究[D];重庆大学;2015年

2 翟仁武;沼气壁挂锅炉燃烧器设计与实验研究[D];重庆大学;2014年

3 林兴伟;大气式燃烧器适应性实验及模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

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本文编号：907800