预混燃气火床燃烧过程试验研究

发布时间：2020-08-15 23:11

【摘要】：随着工业迅猛发展,氮氧化物排放控制已经刻不容缓。预混燃烧作为一种低氮氧化物排放的燃烧方式,广泛应用于民用燃烧器、工业锅炉及电站锅炉中。常用的预混燃烧器有两种类型,分别是水冷预混燃烧器和金属纤维燃烧器,这两种燃烧器都容易发生脱火和回火问题,同时,水冷预混燃烧器目前主要用于家庭;而金属纤维燃烧器只能在高过量空气系数下运行,会加大排烟热损失。为了提高预混燃烧器的稳定性和经济性,设计制造了一种以氧化铝空心球作为惰性填料的火床预混燃气燃烧器,以弥补现有燃烧器的不足。通过对燃烧室的冷态流场Fluent模拟发现:未铺设氧化铝空心球时,燃烧器内流场会生成很多个涡旋,影响燃烧稳定性;在加入氧化铝空心球后,燃烧器内流场均匀稳定,空心球表面流出速度较为适宜。对火床点燃预混燃气过程进行了模拟,揭示了火床预混燃烧器燃烧机理。设计并且构建了包括燃气—空气预混系统、烟气冷却系统、炉膛负压控制系统、烟气成分测定系统等在内的火床预混燃气燃烧试验台。热态条件下测定了不同工况下烟气中氮氧化物、氧量及一氧化碳的参数,拟合了预混比例与氮氧化物排放关系。试验结果表明这是一种有效的燃烧方式,测试结果对设计大型燃气火床预混式燃烧器提供参考依据。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK16
【图文】：

孔隙率,冷态流场,建立模型,氧化铝

图２．１冷态流场模拟位置逡逑试验选取的氧化铝小球孔隙率０．４左右，所以在模拟中设定孔隙率为４０％

网格图,空心球,网格,孔隙率

Ｉ逦Ｉ逡逑图２．１冷态流场模拟位置逡逑试验选取的氧化铝小球孔隙率０．４左右，所以在模拟中设定孔隙率为４０％。在将逡逑三维模型简化为二维模型时，用面积比作为孔隙率的表示参数，设定空心球与空心球逡逑间水平和垂直距离相同，用ｔｌ表示。用式２．１邋—邋２．３表示孔隙率并计算小球间距离。逡逑Ｐ邋＝邋（Ｓｚ－Ｓｑ）邋／Ｓｚ逦（２．１）逡逑Ｓｑ邋＝邋（ｎｒ＾邋＋邋Ｔｉｒ２２）邋／４逦（２．２）逡逑５Ｚ邋＝邋ｄ邋ｘ邋ｄ逦（２．３）逡逑式中，Ｐ——孔隙率；逡逑５Ｚ—－氧化铝空心球球心组成的面积；逡逑ｄ——空心球与空心球的水平（垂直）距离；逡逑Ｓｑ——氧化铝空心球面积。逡逑计算可以得到选用不同直径氧化铝空心小球时，小球与小球间距离如表２．１所示。逡逑表２．１空心小球间距设定表逦（单位：ｍｍ）逡逑空心球模型邋３ｍｍ空心球邋５ｍｍ空心球邋３－５－３－５－３型邋５－３－５－３－５型逡逑逦ｄ逦１４３逦４０５逦３￡７逦３．３７逡逑根据计算得到的孔隙率，用ｇｅｏｍｅｔｒｙ建立模型后导入到ＩＣＥＭ邋ＣＦＤ屮进行网格逡逑划分。得到五种模型如图２．２所示。逡逑１０逡逑

涡旋,模型速度,喷嘴出口,尺寸

（ｅ）邋５－３－５－３－５氧化铝球模型逡逑图２．３五种模型速度场逡逑图２．３邋（ａ）与图２．３邋（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）比较发现，（ａ）中喷嘴出口上方出现／逡逑尺寸很大的涡旋。ＷａｎｇＳ［＠等指出燃烧中出现的涡核进动过程会加强湍流强度，Ｈｉ能逡逑会与燃烧室内的低频振荡相互耦合进而引发剧烈的燃烧振荡，影响燃烧稳记性。作燃逡逑烧过程中，这种涡旋处会发生燃烧不均匀现象，会生成很多的高温燃烧丨Ｘ域，涡旋处逡逑１５逡逑

【参考文献】