撞击预燃室煤粉燃烧器气固两相流研究及燃烧模拟

发布时间：2017-10-10 15:21

  本文关键词：撞击预燃室煤粉燃烧器气固两相流研究及燃烧模拟

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【摘要】：燃烧器作为锅炉燃烧的关键设备,对锅炉着火和安全稳定运行起着重要作用。本文研究的撞击预燃室煤粉燃烧器旨在解决现行燃烧器的劣质煤难燃、煤种适应性窄、低负荷运行不稳定和污染物生成量高等问题。本文针对撞击预燃室煤粉燃烧器,通过实验和数值模拟的方法,研究了燃烧器射流的气固两相流流动特性,从流场分布、浓度场分布及粒子运动轨迹等角度对燃烧器原始模型气固两相流特性进行优化,并模拟研究了优化后模型的燃烧特性。本文依据冷态模化理论建立了燃烧器的原始模型结构并设计完善了撞击预燃室燃烧器气固两相流冷态实验系统,在此实验系统上研究了燃烧器的冷态流场和颗粒浓度场。研究表明,该燃烧器二次风进风切向角度30°、轴向角度45°的原始模型“飞边”严重。基于FLUENT软件平台,对冷态实验系统的撞击预燃室煤粉燃烧器数值建模并划分网格,通过模拟不同的k-ε湍流模型并对比实验结果发现,Realizable k-ε模型能够对燃烧器的气体流动和颗粒浓度进行正确描述。研究发现,撞击预燃室燃烧器气固两相流特性不合理的主要原因是由于二次风进风角度过大造成的。为优化该燃烧器气固两相流特性,本文模拟了不同二次风进风角度下的燃烧器出口流场分布、浓度场分布及粒子运动轨迹。研究表明,燃烧器的气固两相流特性与二次风进风的切向角度和轴向角度有密切的关系。随着切向角度的减小,旋流强度减小,扩展角减小,气流的卷吸能力减小,射流长度增加,“飞边”现象消除。二次风轴向角度主要影响旋流气体的刚性,对旋流气体的旋流强度和回流区影响不大。二次风轴向角度越小,气流贯穿能力越强,射流长度越大。燃烧器数值模拟优化结果表明,燃烧器二次风进风切向角度5°、轴向角度20°时,燃烧器的流场分布及粒子运动轨迹最合理,旋流气体卷吸高温烟气到预燃室根部,外回流区卷吸四周的烟气保持稳定燃烧,煤粉粒子在主旋流区附近运动。基于FLUENT软件平台,本文进一步对优化结构条件下(二次风进风角度为5°和20°)的燃烧特性进行研究。研究表明,撞击预燃室燃烧器的煤粉燃烧分为两个阶段,第一阶段的燃烧发生在预燃室中,第二阶段发生在炉膛内。第一阶段燃烧后的风粉气流离开预燃室进入炉膛时温度已经达到1200~1300K,这样的燃烧方式对劣质煤的稳燃十分重要。燃烧器火焰在炉膛中的充满度适中,火焰长度约为1400mm,火焰中心温度约在1900K左右。
【关键词】：煤粉燃烧器 气固两相流 实验研究 冷态模拟 燃烧模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK223.23
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 燃烧器的研究现状12-16
• 1.2.2 数值模拟的研究现状16-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 第二章 撞击预燃室燃烧器的设计思想及稳燃机理21-31
• 2.1 撞击预燃室燃烧器的设计21-24
• 2.1.1 设计思想21
• 2.1.2 模型模化21-24
• 2.2 撞击预燃室燃烧器稳燃机理分析24-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第三章 撞击预燃室燃烧器气固两相流冷态实验研究31-45
• 3.1 实验系统31-41
• 3.1.1 燃烧器及炉膛结构31-33
• 3.1.2 给料装置33-37
• 3.1.3 速度与浓度测点布置37-38
• 3.1.4 速度与浓度的测量38-41
• 3.2 撞击预燃室燃烧器冷态实验结果分析41-44
• 3.2.1 流场分布41-42
• 3.2.2 浓度场分布42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 撞击预燃室燃烧器气固两相流数值模拟研究45-65
• 4.1 物理模型和数学模型45-51
• 4.1.1 数值模拟方法分类45-46
• 4.1.2 撞击预燃室燃烧器的物理数学模型46-51
• 4.2 网格的设计与处理51-53
• 4.3 边界条件53
• 4.4 撞击预燃室燃烧器气固两相流数值模拟研究53-63
• 4.4.1 燃烧器冷态模拟结果与实验结果的对比分析53-57
• 4.4.2 燃烧器气固两相流特性的优化57-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 撞击预燃室燃烧器燃烧过程数值模拟研究65-73
• 5.1 煤粉燃烧模型65-68
• 5.2 网格的划分和边界条件的设定68
• 5.3 燃烧特性的数值模拟68-72
• 5.3.1 温度场分布68-70
• 5.3.2 组分场分布70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文81

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本文编号：1007113