管式加热炉气体燃烧特性实验与模拟研究

发布时间：2020-08-12 16:34

【摘要】：管式加热炉应用广泛,其燃烧与污染物排放控制技术向来都是国内外学者关注和研究的热点。本文在调研管式加热炉燃烧与污染物排放技术、气体燃烧及其火焰稳定性的基础上,实验研究了喷嘴直径、燃气流速以及不同当量比对气体燃烧火焰特征的影响;建立了燃烧数值计算模型,采用实验验证其有效性,并利用数值模拟研究了管式加热炉的燃烧与排放特性。为研究不同当量比对丙烷气体燃烧特性的影响,设计并搭建了封闭空间丙烷气体燃烧实验平台;采用无量纲量火焰高度与无量纲火源热释放速率之间的关系、Delichatsios关联式两种方案对燃烧实验平台的燃料供应系统的可靠性进行了验证;采用实验对比分析,确定了封闭空间壁面仅影响当量比,确保了搭建的实验装置的有效性。分析不同当量比丙烷气体燃烧的实验数据,得到了喷嘴直径、燃气流速和当量比共同影响下的无量纲火焰长度和火焰推举高度的表达式,当喷嘴直径和燃料流速都增大时,随着当量比的增加,无量纲火焰长度增加的越来越慢,逐渐趋于平缓,但是火焰推举高度的倒数则增加的越来越快。对不同丙烷气体燃烧实验工况进行了数值模拟研究,对比分析了模拟和实验的烟气温度和NO浓度,烟气温度平均偏差约?6.3%,最大偏差小于?9.4%;NO浓度最大偏差小于?6%,验证了所建立的湍流模型、燃烧模型、辐射模型以及NO模型有效。采用数值模拟对管式加热炉在过量空气系数λ分别为1.05、1.10、1.15、1.20、1.25和1.30等六种工况下炉膛内的温度分布、燃烧器轴向速度分布及NO的分布与排放情况进行了研究,结果表明,在λ=1.10时,炉膛内部温度分布均匀,避免了炉膛内部NO密度局部过高,能够保证管壁均匀受热,且较高的燃烧器轴向速度引起的卷吸效果明显,有利于燃料的充分燃烧以及火焰向周围管壁的热辐射的增强,有效地减少了NO排放量;对管式加热炉在氧化剂中添加水蒸气的体积分数F_(wv)为0、0.03、0.05、0.08、0.10和0.15等六种工况下炉膛的温度分布、水蒸气的排放量以及NO的分布与排放情况进行了研究,结果表明,当氧化剂中添加的水蒸气的体积分数为0.10时,炉膛内部温度分布均匀,炉膛区域内NO生成量也较低,有效避免了炉膛内部NO密度过高,降低了NO排放量,对应的水蒸气排放量也较少,减少了因水蒸气的排放引起的热损失。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16;TK175
【图文】：

示意图,射流燃烧,尺寸,示意图

图 2.1 射流燃烧器尺寸示意图Fig 2.1 Jet burner size diagram由带4个轮子的支架支撑，燃烧室底面距离地面的高度大约统的结构如图 2.2 所示。

燃烧系统,控制器

燃烧系统

烟气分析仪,量程

图 2.3 testo350 烟气分析仪Fig 2.3 testo350 flue gas analyzer表 2.1 量程和分辨率Tab 2.1 Range and resolution

【参考文献】