等离子助燃高炉煤气燃烧室模拟研究
发布时间：2021-06-01 00:49
利用数值模拟手段探究高炉煤气燃烧室热态场分布规律,并探究了等离子中活性粒子氧原子对高炉煤气燃烧室的热态场影响规律。结果表明:燃烧室内高炉煤气燃料浓度呈U字形分布。在燃烧室的头部燃料喷嘴附近形成高温区,在主燃孔后有少部分的高温区;随着活性粒子的加入,高炉煤气燃烧室头部高温区范围增大,火焰筒内的回流区速度更加均匀,燃烧效率提高,由97.38%增加到99.65%。活性粒子浓度越高,等离子助燃高炉煤气燃料燃烧强化效果会逐渐减弱。
【文章来源】：燃气轮机技术. 2020,33(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
高炉煤气燃烧室
图2为高炉煤气的空气预混层流火焰速度的实验值和Chemkin计算值的对比。其中实验数据取自翁武斌[15]等人采用热流量法测得,模拟计算采用了GRI-mech 3.0 机理、USC 机理[16]和Davis机理[17]三种机理。其中,GRI-mech3.0机理包含325 个基元反应和53 种组分,USC机理包含784 个基元反应和111 种组分,Davis机理包含了30 个基元反应和14 种组分。可以看出,随着当量比由0.7 到2.1,三种机理模型都可以较好地模拟出低热值燃料层流火焰速度的变化趋势,且模拟值与实验值的相对误差在8.4%以内。其中GRI-mech3.0机理的平均相对误差最小在3.1%,这是由于GRI-mech3.0机理所包含的物种与基元反应最多,对反应过程的描述就更为准确,因此,本文采用GRI3.0机理进行模拟。
燃烧室头部的回流区气流结构增加了高炉煤气在燃烧室内的停留时间,提高了高炉煤气燃烧的稳定性。由图3(b)可知,在燃烧室的头部燃料喷嘴附近形成高温区,在主燃孔后有少部分的高温区,高温区内最高温度达到1 712 K,随着主燃孔、冷却孔和掺混孔等空气的进入,接近燃烧室出口,燃烧室内温度逐渐降低至1 200 K。图4(a)为高炉煤气燃料中可燃成分CO的云图分布,可以看出,高炉煤气燃料浓度呈U字形分布,高炉煤气经过旋流喷嘴喷出旋流进入燃烧室,燃料气向燃烧室壁面扩散,中轴线附近较少,近壁两侧较多。高炉煤气沿燃烧室径向范围分布越大,越利于形成回流区,但太大的径向范围易使燃烧室壁面温度过高烧毁燃烧头部。由图4(b)可知,随着燃烧室的轴向距离的增加,高炉煤气可燃成分CO的径向分布越来越均匀,这表明高炉煤气在燃烧室中与空气掺混更加充分,更有利于燃烧室组织高炉煤气的燃烧。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低热值燃料燃烧室等离子点火特性[J]. 郑洪涛,张志浩,刘潇,李智明,杨家龙. 哈尔滨工程大学学报. 2020(06)
[2]传统燃烧与等离子体助燃的燃烧室数值仿真[J]. 刘兴建,何立明,宋振兴,苏建勇,王景杰,于锦禄. 燃烧科学与技术. 2015(02)
[3]三种典型低热值气体燃料的层流火焰速度测量[J]. 翁武斌,王智化,梁晓晔,黄镇宇,周俊虎,岑可法. 中国电机工程学报. 2013(08)
[4]非平衡等离子体燃烧强化[J]. 夏胜国,何俊佳. 高电压技术. 2007(10)
[5]高炉煤气燃气轮机联合循环的发展现状与前景[J]. 王松岭,董君,陈海平,张学镭,胡红丽. 燃气轮机技术. 2005(04)
[6]高炉煤气在连续加热炉上的应用[J]. 刘日新,刘七新,饶文涛. 工业加热. 2003(05)
[7]大型气相化学动力学软件包CHEMKIN及其在燃烧中的应用[J]. 董刚,蒋勇,陈义良,王清安. 火灾科学. 2000(01)
博士论文
[1]环管型燃烧室点火及熄火特性研究[D]. 李雅军.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]等离子点火发生器多物理场的数值研究[D]. 刘燕燕.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3209317
【文章来源】：燃气轮机技术. 2020,33(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
高炉煤气燃烧室
图2为高炉煤气的空气预混层流火焰速度的实验值和Chemkin计算值的对比。其中实验数据取自翁武斌[15]等人采用热流量法测得,模拟计算采用了GRI-mech 3.0 机理、USC 机理[16]和Davis机理[17]三种机理。其中,GRI-mech3.0机理包含325 个基元反应和53 种组分,USC机理包含784 个基元反应和111 种组分,Davis机理包含了30 个基元反应和14 种组分。可以看出,随着当量比由0.7 到2.1,三种机理模型都可以较好地模拟出低热值燃料层流火焰速度的变化趋势,且模拟值与实验值的相对误差在8.4%以内。其中GRI-mech3.0机理的平均相对误差最小在3.1%,这是由于GRI-mech3.0机理所包含的物种与基元反应最多,对反应过程的描述就更为准确,因此,本文采用GRI3.0机理进行模拟。
燃烧室头部的回流区气流结构增加了高炉煤气在燃烧室内的停留时间,提高了高炉煤气燃烧的稳定性。由图3(b)可知,在燃烧室的头部燃料喷嘴附近形成高温区,在主燃孔后有少部分的高温区,高温区内最高温度达到1 712 K,随着主燃孔、冷却孔和掺混孔等空气的进入,接近燃烧室出口,燃烧室内温度逐渐降低至1 200 K。图4(a)为高炉煤气燃料中可燃成分CO的云图分布,可以看出,高炉煤气燃料浓度呈U字形分布,高炉煤气经过旋流喷嘴喷出旋流进入燃烧室,燃料气向燃烧室壁面扩散,中轴线附近较少,近壁两侧较多。高炉煤气沿燃烧室径向范围分布越大,越利于形成回流区,但太大的径向范围易使燃烧室壁面温度过高烧毁燃烧头部。由图4(b)可知,随着燃烧室的轴向距离的增加,高炉煤气可燃成分CO的径向分布越来越均匀,这表明高炉煤气在燃烧室中与空气掺混更加充分,更有利于燃烧室组织高炉煤气的燃烧。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低热值燃料燃烧室等离子点火特性[J]. 郑洪涛,张志浩,刘潇,李智明,杨家龙. 哈尔滨工程大学学报. 2020(06)
[2]传统燃烧与等离子体助燃的燃烧室数值仿真[J]. 刘兴建,何立明,宋振兴,苏建勇,王景杰,于锦禄. 燃烧科学与技术. 2015(02)
[3]三种典型低热值气体燃料的层流火焰速度测量[J]. 翁武斌,王智化,梁晓晔,黄镇宇,周俊虎,岑可法. 中国电机工程学报. 2013(08)
[4]非平衡等离子体燃烧强化[J]. 夏胜国,何俊佳. 高电压技术. 2007(10)
[5]高炉煤气燃气轮机联合循环的发展现状与前景[J]. 王松岭,董君,陈海平,张学镭,胡红丽. 燃气轮机技术. 2005(04)
[6]高炉煤气在连续加热炉上的应用[J]. 刘日新,刘七新,饶文涛. 工业加热. 2003(05)
[7]大型气相化学动力学软件包CHEMKIN及其在燃烧中的应用[J]. 董刚,蒋勇,陈义良,王清安. 火灾科学. 2000(01)
博士论文
[1]环管型燃烧室点火及熄火特性研究[D]. 李雅军.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]等离子点火发生器多物理场的数值研究[D]. 刘燕燕.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3209317
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