气体燃料高温富氧燃烧特性的研究

发布时间：2017-05-20 05:05

  本文关键词：气体燃料高温富氧燃烧特性的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于富氧和高温燃烧过程是高效利用能源的有效手段。本文主要通过实验和数值模拟分别对天然气和焦炉煤气等气体燃料的高温富氧燃烧特性开展研究,分析氧气浓度、过量氧气系数、有无旋流等对高温富氧燃烧特性、排放特性和传热特性和燃料节约量的影响,并与普通空气气氛下和无蓄热条件的气体燃料燃烧特性进行比较。 对天然气高温富氧燃烧特性进行实验研究,研究结果表明,随着氧气浓度增加,火焰颜色更加明亮,位置向燃料喷口处移近。炉内温度减速上升,NOx生成量也小幅增大,排烟焓下降,平均辐射传热系数增大,但在氧气浓度大于24%以后,氧气浓度的影响减弱。随过量氧气系数增加,火焰褶皱增多,颜色变亮。当过量氧气系数从1.0提高到1.1时,炉内温度以及NOx生成量均有明显提高,但当过量氧气系数从1.1提高到1.2时,其影响减弱。加入蓄热后,火焰长度增加,平均辐射传热系数也随之增大。 对焦炉煤气在玻璃窑炉中的高温富氧燃烧过程进行了数值模拟研究。研究结果表明：随着氧气浓度增大,炉内总体平均温度、NOx生成量都有所上升,温度与NOx分布均匀性下降,烟气对于玻璃液面以及炉壁的平均表面传热系数逐渐提高,其中烟气与炉壁的表面传热系数大于与玻璃液面的传热系数。当氧气浓度达到25%时,若继续增大氧气浓度,平均表面传热系数的提高速度变缓。当过量氧气系数从1.1提高到1.2时,炉内平均温度以及NOx生成量有较大幅度提高,玻璃面和炉壁上的平均表面传热系数随之增大,但当过量氧气系数从1.2提高到1.3时,其影响减弱。 无旋流助燃条件下,随着燃料节约量的增大,炉内总体平均温度以及NOx生成量下降,且温度分布和NOx分布均匀性下降。烟气对于玻璃液面以及炉壁的平均表面传热系数逐渐减小。在1.1的过量氧气系数和氧气浓度为25%条件下,且燃料节约量为10%时,炉内燃烧情况较实际运行工况相似,在该工况下加入旋流助燃后,燃料节约量为20%时,炉内燃烧情况与标准工况相似。 模拟计算结果与采集的窑炉实际的运行数据进行比较,吻合较好。本文研究结果可以为气体燃料高温富氧燃烧特性的进一步研究提供一定基础数据,并为玻璃窑炉的改造及运行提供指导。
【关键词】：天然气 焦炉煤气 富氧燃烧 蓄热 玻璃窑炉
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK16
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明表7-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 选题意义11-14
• 1.2.1 高温燃烧技术12-13
• 1.2.2 富氧燃烧技术13-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.3.1 富氧燃烧方面14-16
• 1.3.2 高温燃烧方面16
• 1.3.3 研究现状小结16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 1.4.1 研究内容17
• 1.4.2 研究方案17-19
• 2 天然气高温富氧燃烧特性实验19-39
• 2.1 实验系统设计19-22
• 2.1.1 实验系统简介19-20
• 2.1.2 实验数据采集20-21
• 2.1.3 实验方案设计21-22
• 2.2 传热特性的计算方法22-24
• 2.2.1 排烟焓22-23
• 2.2.2 灰污系数23
• 2.2.3 辐射换热系数的计算23-24
• 2.3 实验结果与分析24-36
• 2.3.1 火焰情况24-25
• 2.3.2 温度分布25-29
• 2.3.3 NO_x排放29-30
• 2.3.4 传热特性30-36
• 2.4 本章小结36-39
• 3 焦炉煤气燃烧特性数值模拟模型选择39-55
• 3.1 窑炉概况39-42
• 3.1.1 窑炉整体特性39-41
• 3.1.2 燃烧系统41-42
• 3.2 数学模型的建立42-46
• 3.2.1 基本守恒方程42-44
• 3.2.2 湍流流动模型44
• 3.2.3 湍流燃烧模型44-45
• 3.2.4 辐射换热模型45
• 3.2.5 NO_x排放模型45-46
• 3.3 物理模型的建立46-48
• 3.3.1 模型简化46
• 3.3.2 网格划分46-48
• 3.4 模拟工况及相关参数48-51
• 3.4.1 模拟工况的划分48-50
• 3.4.2 边界条件的设置50-51
• 3.5 模型的验证51-55
• 3.5.1 网格加密51-52
• 3.5.2 计算结果与现场数据对比52-55
• 4 焦炉煤气富氧燃烧特性影响因素的分析55-87
• 4.1 传统燃烧方式下燃烧特性55-61
• 4.1.1 速度分布55-57
• 4.1.2 温度分布57-59
• 4.1.3 组分分布59-61
• 4.1.4 NO_x61
• 4.2 氧气浓度的影响61-72
• 4.2.1 速度分布62-64
• 4.2.2 温度分布64-67
• 4.2.3 组分分布67-70
• 4.2.4 NO_x70-72
• 4.3 过量氧气系数的影响72-81
• 4.3.1 速度分布72-74
• 4.3.2 温度分布74-76
• 4.3.3 组分分布76-79
• 4.3.4 NO_x79-81
• 4.4 炉内传热特性81-83
• 4.4.1 排烟焓82
• 4.4.2 炉内传热特性82-83
• 4.5 本章小结83-87
• 5 焦炉煤气高温富氧燃烧过程经济性分析87-111
• 5.1 普通进气方式下燃料节约量87-97
• 5.1.1 速度分布87-90
• 5.1.2 温度分布90-91
• 5.1.3 组分分布91-94
• 5.1.4 NO_x94-97
• 5.2 旋流助燃条件下燃料节约量97-106
• 5.2.1 速度分布97-99
• 5.2.2 温度分布99-101
• 5.2.3 组分分布101-104
• 5.2.4 NO_x104-106
• 5.3 旋流助燃与普通进气比较106-109
• 5.3.1 排烟焓106-107
• 5.3.2 炉内传热特性107-109
• 5.4 本章小结109-111
• 6 结论111-113
• 6.1 全文总结111-112
• 6.2 工作展望112-113
• 参考文献113-117
• 作者简历117-121
• 学位论文数据集121

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