低氮燃烧器的优化设计

发布时间：2020-10-20 02:32

　　 金属纤维燃烧器属于多孔介质燃烧技术的应用装置,广泛应用于各类锅炉中。与传统的扩散式燃烧器相比,金属纤维燃烧器具有低氮氧化物排放、燃烧强度高、回火安全性高等优势。为进一步降低天然气金属纤维燃烧器燃烧过程中氮氧化物的产生量,本文从提高天然气和空气在金属纤维燃烧器混气室中的混合效果着手,对其混气结构进行设计并基于正交试验对混气结构参数做优化研究。同时,对优化后的金属纤维燃烧器进行实验研究和数值模拟研究,为后续更进一步的优化设计提供实验依据和理论基础。基于提高天然气和空气在金属纤维燃烧器中的混合效果,对混气结构进行了设计。以混合不均匀度作为评价混气结构混气效果的优劣,并通过数值模拟方法对四个研究对象:空气流量、叶片角度、叶片数量、配气环出口数量,进行混气效果单因素影响分析,得到各单因素对混合不均匀度的影响趋势。结果表明:在单因素变化情况下,空气流量和旋流叶片角度对混合不均匀变化趋势影响较大,叶片数量和配气环出口数次之。以获得最优混合效果为目标,选择空气流量、叶片角度、叶片数量、配气环出口数量为实验因素,利用正交实验和Fluent数值模拟相结合的方法,对混气结构参数和操作参数进行优化,通过极差分析,得到各研究因素对混气混合效果影响的主次顺序为:叶片数量叶片角度空气流量配气环出口数。通过优水平分析,得到理论上混合效果最优的混气参数组合:空气流量414.5m~3/h、配气环出口数5个、叶片角度15°、叶片数量14片。基于搭建的燃烧实验台,对理论最优混气参数组合和非理论最优混气参数组合下的金属纤维燃烧器进行实验研究。结果表明,最优混气参数组合下燃烧排放出的NO_X量低于其他混气参数组合,且温度分布更均匀。基于混气参数最优组合的正确性,进一步探究金属纤维燃烧器热负荷为50%、40%、30%、20%、10%下的燃烧实验,实验结果表明,不同负荷下燃烧室内温度分布的均匀性没有受到负荷变化的影响,但燃烧室内平均温度随负荷降低而下降,其稳定性也随之下降。采用数值模拟的方法,对最优参数组合下的金属纤维燃烧器在燃烧室内的冷态和热态两种情形进行数值模拟。结果表明,冷态条件下,预混气体在金属纤维燃烧器表面纤维层均匀流出,气体流动特性良好;热态条件下,40%负荷的预混气体在0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s四种流速下燃烧时,燃烧室中的温度场整体分布较均匀,温度分布轨迹没有明显的差别,但燃烧室内壁及出口两侧温度相对较高,四种流速下所达到的温度峰值分别为1862K、1837K、1824K、1800K,且温度较高的地方,NO摩尔浓度比较高,温度低的区域,NO摩尔浓度低。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK223.23
【部分图文】：

31-金属纤维网 2-喷嘴 3-引射器 4-壳体图1-1 自然引射式金属纤维燃气燃烧器Figure 1-1 Natural ejector metal fiber gas burner1-风机 2-预混室 3-燃气入口 4-点火枪和火检 5-混风轮 6-金属纤维网图1-2 后混鼓风式金属纤维燃烧器Figure 1-2 Rear mixing blasted metal fiber burner图1-3 后混式金属纤维燃烧器工作流程图Figure 1-3 Working flow chart of the post-mixed metal fiber burner金属纤维燃烧器具有以下特点:（1）污染物排放低。金属纤维燃烧器的氮氧化物、一氧化碳和不完全燃烧物的排放浓度低。由于全预混燃烧的空气过剩系数小，同时燃烧释放的热量通过辐射与对流方式迅速带走，降低了火焰温度，所以相对于其它燃烧器，金属纤维燃烧器具有更低的NOX排放水平。全预混和多孔介质的表面燃烧方式保证了低空气过剩系数下的完全燃烧，CO的不完全燃烧物的排放浓度低。（2）燃烧强度高、调节范围大。金属纤维燃烧器有着相当大的燃烧强度调节范围(100-10000kW/m2)。在此范围内，金属纤维燃烧器有两种燃烧方式：热辐射方式和

Figure 1-1 Natural ejector metal fiber gas burner1-风机 2-预混室 3-燃气入口 4-点火枪和火检 5-混风轮 6-金属纤维网图1-2 后混鼓风式金属纤维燃烧器Figure 1-2 Rear mixing blasted metal fiber burner图1-3 后混式金属纤维燃烧器工作流程图Figure 1-3 Working flow chart of the post-mixed metal fiber burner金属纤维燃烧器具有以下特点:（1）污染物排放低。金属纤维燃烧器的氮氧化物、一氧化碳和不完全燃烧物的排放浓度低。由于全预混燃烧的空气过剩系数小，同时燃烧释放的热量通过辐射与对流方式迅速带走，降低了火焰温度，所以相对于其它燃烧器，金属纤维燃烧器具有更低的NOX排放水平。全预混和多孔介质的表面燃烧方式保证了低空气过剩系数下的完全燃烧，CO的不完全燃烧物的排放浓度低。（2）燃烧强度高、调节范围大。金属纤维燃烧器有着相当大的燃烧强度调节范围(100-10000kW/m2)。在此范围内，金属纤维燃烧器有两种燃烧方式：热辐射方式和

图1-2 后混鼓风式金属纤维燃烧器Figure 1-2 Rear mixing blasted metal fiber burner图1-3 后混式金属纤维燃烧器工作流程图Figure 1-3 Working flow chart of the post-mixed metal fiber burner金属纤维燃烧器具有以下特点:（1）污染物排放低。金属纤维燃烧器的氮氧化物、一氧化碳和不完全燃烧物的排放浓度低。由于全预混燃烧的空气过剩系数小，同时燃烧释放的热量通过辐射与对流方式迅速带走，降低了火焰温度，所以相对于其它燃烧器，金属纤维燃烧器具有更低的NOX排放水平。全预混和多孔介质的表面燃烧方式保证了低空气过剩系数下的完全燃烧，CO的不完全燃烧物的排放浓度低。（2）燃烧强度高、调节范围大。金属纤维燃烧器有着相当大的燃烧强度调节范围(100-10000kW/m2)。在此范围内，金属纤维燃烧器有两种燃烧方式：热辐射方式和
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本文编号：2848078