角管式燃气锅炉炉内燃烧及影响因素的数值模拟研究

发布时间：2021-07-27 10:00

　　锅炉作为一种能源转换装置,在经济发展特别是工业上扮演着极其重要的角色。角管式燃气锅炉采用天然气作为燃料,清洁高效,并有着良好的水循环及较高的热效率,满足我国的能源发展战略节能减排的要求。本文以某130t/h角管式燃气锅炉为研究对象,采用数值模拟的方法、利用数值模拟软件Fluent对其炉膛的燃烧过程进行变参数研究。通过分析炉膛内的燃烧情况,得到炉内速度场、温度场、NOx的浓度分布等非常全面的数据,一定程度上对锅炉设计、安全运行有着理论指导作用。通过对设计参数下某130t/h角管式燃气锅炉炉内燃烧的数值模拟得出:炉内燃烧为扩散燃烧、火焰较长,炉膛内火焰不贴壁、充满度好。NOx主要在火焰带下游高温区及天然气和空气的交界面上。分别对过量空气系数为1.0、1.1、1.2和1.3时炉膛的燃烧进行数值模拟计算,由计算结果的分析对比可知:随着过量空气系数的增加,火焰长度增大;炉膛平均温度随着过量空气系数的增加先增大后减小,当过量空气系数为1.1时,炉膛平均温度最高;过量空气系数为1.2时,燃烧所生成的NOx的浓度最低。对该锅炉炉膛燃烧进行变热负荷的数值模拟分析,模拟结果显示随着锅炉热负荷的降低,炉膛平... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 锅炉燃烧模拟研究现状
        1.2.1 锅炉发展现状
        1.2.2 锅炉数值模拟研究现状
    1.3 角管式锅炉概述
        1.3.1 角管式锅炉发展概况
        1.3.2 角管式锅炉特点
    1.4 本文主要研究内容
第2章 锅炉燃烧数值模拟的数学模型及研究方法
    2.1 燃烧模型概述
    2.2 辐射模型
    2.3 NO_x生成模型
        2.3.1 热力型NO_x
        2.3.2 快速型NO_x
    2.4 流体流动的控制方程
        2.4.1 质量守恒方程
        2.4.2 动量守恒方程
        2.4.3 能量守恒方程
        2.4.4 组分质量守恒方程
        2.4.5 湍流控制方程
        2.4.6 燃烧反应方程式
    2.5 课题研究方法
        2.5.1 CFD软件概述
        2.5.2 Fluent软件简介
        2.5.3 数值模拟步骤
    2.6 本章小结
第3章 SF130-10/540-Q锅炉炉内燃烧的数值模拟
    3.1 研究对象简介
    3.2 模型网格的生成
        3.2.1 网格划分技术
        3.2.2 网格类型
        3.2.3 模型网格的建立
    3.3 数学模型的建立
        3.3.1 湍流流动模型
        3.3.2 流体控制方程
        3.3.3 燃烧模型
        3.3.4 辐射模型
    3.4 模型边界条件的确定
    3.5 数值模拟结果与分析
        3.5.1 温度分布
        3.5.2 速度分布
        3.5.3 氮氧化物浓度分布
    3.6 本章小结
第4章 不同工况下炉内燃烧的数值模拟
    4.1 过量空气系数对炉膛燃烧的影响
        4.1.1 过量空气系数的定义
        4.1.2 不同时数值模拟边界条件
        4.1.3 过量空气系数对温度场的影响
        4.1.4 过量空气系数对速度场的影响
        4.1.5 过量空气系数对NOx浓度分布的影响
    4.2 变负荷条件下炉内燃烧的数值模拟
        4.2.1 变热负荷条件下边界条件的确定
        4.2.2 热负荷的变化对炉膛内温度分布的影响
        4.2.3 热负荷的变化对炉膛内速度分布的影响
        4.2.4 热负荷的变化对NOx生成的影响
    4.3 空气进口面积对燃烧的影响
        4.3.1 空气进口面积对炉膛速度分布的影响
        4.3.2 空气进口面积对炉膛温度分布的影响
        4.3.3 空气进口面积对炉膛水冷壁辐射换热的影响
    4.4 本章小结
第5章 预热空气对SF130-10/540-Q锅炉燃烧的影响研究
    5.1 空气预热器
    5.2 预热空气对燃烧的影响
    5.3 空气预热温度对燃烧影响的数值模拟研究
        5.3.1 空气预热温度对温度场的影响
        5.3.2 预热空气对NOx生成的影响
    5.4 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和专利
致谢
中文详细摘要


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国能源消费现状及其应对措施[J]. 王小燕.  化工管理. 2017(35)
[2]角管式蒸汽锅炉水动力计算新方法[J]. 聂宇宏,刘咏豪.  江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展[J]. 苏毅,揭涛,沈玲玲,刘思远,郑君如,张世程,朱国庆.  工业锅炉. 2016(04)
[4]西门子V94.2A型燃气轮机NOX排放分析[J]. 盛守志,姚继宇,赵智辉.  无线互联科技. 2015(17)
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博士论文
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[3]电气体发电中有热添加的喷管流动及热力循环分析[D]. 朱桂同.重庆大学 2014
[4]光催化流体动力学及降解草酸钠的数值模拟[D]. 陈建敏.北京交通大学 2014
[5]循环流化床锅炉燃烧优化数值模拟研究[D]. 贾东坡.华北电力大学 2013
[6]基于一步化学反应的固体火箭发动机工作过程数值模拟[D]. 操志庆.哈尔滨工程大学 2013
[7]天然气锅炉燃烧的数值模拟[D]. 蔡梦丽.吉林大学 2009



本文编号：3305566