煤粉无焰燃烧的基础实验研究及数值模拟

发布时间：2017-12-24 00:24

  本文关键词：煤粉无焰燃烧的基础实验研究及数值模拟　出处：《浙江大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：我国的一次能源结构以煤为主,煤燃烧在提供必要的热能与电能的同时,也带来严重的环境污染,燃煤过程中释放的NOX已成为我国最主要的污染物之一。与传统燃烧方式相比,无焰燃烧技术因其具有高效炉膛辐射换热、温度场分布均匀、低CO及NOX排放、噪音小等优势而得到广泛关注,国际燃烧学会已将其定义为一种新型燃烧方式。但目前针对该技术中煤粉燃烧的研究较少。本文通过基础实验和数值模拟相结合的方式研究了煤粉无焰燃烧的燃烧特性和排放特性,从而对无焰燃烧的理论和应用的进一步发展提供基础指导。 论文首先选取了大同烟煤、伊敏褐煤和新疆赛尔煤三种不同的煤质作为研究对象,在自行搭建的水平管式炉实验台上,开展了较高温度以及低氧条件下煤粉燃烧的基础实验,研究了助燃气氛、管式炉温度、氧气体积分数和气体流量对燃烧特性和污染物排放特性的影响。研究发现,对比O2/N2和O2/Ar气氛,煤粉在O2/CO2气氛下燃烧的NO峰值浓度为其他两种气氛的一半,大量CO的存在降低了NO排放。燃烧炉温度的升高对NO的释放有促进作用,但温度达到1300-1350K后,NO的总排放量反而降低。当氧气体积分数低于10%时,NO释放量较低,当氧气体积分数从10%变化至21%,NO释放量快速增长。含氮量、固定碳与挥发分的比例以及挥发分含量均为影响N转化的重要因素。 同时,本文在查阅并总结其他以煤粉、锯木粉、天然气为燃料的无焰燃烧炉设计的基础上,以大同烟煤为研究对象,对煤粉无焰燃烧炉进行初步的结构设计并进行验证。最后,本文利用数值模拟的方法对所设计的煤粉无焰燃烧炉进行模拟,研究了助燃气氛、预热温度、氧气体积分数和射流速度等参数对煤粉无焰燃烧的影响。模拟结果表明,O2/CO2气氛更利于低NOX的排放和温度场的均匀性；助燃气氛预热温度越高,卷吸越强,温度分布越均匀,但NOX排放随之升高；较低的氧气体积分数有利于提高温度场均匀性、加强烟气卷吸率,同时也降低NOX排放；射流速度的能最大程度提高卷吸率,但速度过高会导致煤粉燃烧不充分。相似炉型的常规燃烧NOX排放为75.45mg/MJ,而本燃烧炉的NOX排放最低能达到27.33mg/MJ。总体来说,在无焰燃烧方式下,炉膛的峰值温度较低,温度分布均匀,烟气卷吸强度大,NOx、CO的排放非常低。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16

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本文编号：1326119