新型低NO_x燃气燃烧器的数值模拟与实验研究

发布时间：2017-07-26 12:36

  本文关键词：新型低NO_x燃气燃烧器的数值模拟与实验研究

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【摘要】：在“西气东输”、“煤改气”政策的推广以及天然气作为一种优质、高效、清洁能源在各行各业所展现出来的潜力的背景之下,以实现气体燃料低NO_x排放为目的,综合现有的低NO_x燃气燃烧技术中的燃料分级、烟气再循环以及多点分散燃烧技术,设计了新型低NO_x燃气燃烧器及其实验系统,并对其进行了速度场、温度场及燃烧产物中NO_x含量变化规律的数值模拟和实验研究工作。设计并制造出十二种不同结构的新型低NO_x燃气燃烧器。查阅国内外相关文献,在前人关于燃气的清洁高效燃烧技术的研究基础上,总结燃气燃烧过程中NO_x的生成机理,综合使用已有的燃料分级、烟气再循环和多点分散燃烧控制技术,设计出了新型低NO_x燃气燃烧器,该燃烧器具有多点分散燃烧的长火焰、炉内热负荷分布均匀以及超低NO_x生成的特点。为与新型低NO_x燃气燃烧器形成对比,还设计了传统燃气燃烧器。开展新型低NO_x燃气燃烧器和传统燃气燃烧器的数值模拟工作。建立了以燃气燃烧器的设计尺寸为标准的几何物理模型,对其进行网格划分,根据燃烧器的热负荷和环境参数设定数值模型的初始边界条件,根据各方程的收敛标准对残差进行设定,对计算收敛后的结果进行输出。对计算区域分别取xz和yz两个平面作为参考平面,分析了新型低NO_x燃气燃烧器和传统燃气燃烧器的速度场、温度场以及NO_x浓度场,并得出结论,新型低NO_x燃气燃烧器能够有效的降低燃烧室内温度,从而降低燃烧产物中NO_x的含量,从数值模拟方面验证了新型低NO_x燃气燃烧器能实现天然气的高效低污染燃烧。对新型低NO_x燃气燃烧器和传统燃气燃烧器进行实验研究。通过在燃烧室内进行燃烧试验并测量各测点的温度,推断出各工况下燃烧室内的温度分布,并对烟气中NO_x排放量进行测量,得出12中燃烧器结构中的最佳结构类型,并开展针对该类型燃烧器的过剩空气系数和负荷适应性的实验研究。最后得出以下结论:新型低NO_x燃气燃烧器具有良好的燃烧特性,能够实现工业锅(窑)炉烟气中NO_x的超低排放,且其燃烧特性几乎不受过剩空气系数以及负荷的影响。本课题为燃气工业锅(窑)炉根据本身的结构特点以及应用需要,在对新型低NO_x燃气燃烧器进行选择使用的过程中提供理论依据。
【关键词】：燃气 超低NO_x 燃烧器 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 燃气低NO_x燃烧器国内外研究进展12-17
• 1.2.1 高温空气燃烧技术12
• 1.2.2 富氧燃烧技术12-13
• 1.2.3 空气分级燃烧技术13
• 1.2.4 无焰燃烧技术13-14
• 1.2.5 燃料分级技术14
• 1.2.6 烟气再循环技术14-15
• 1.2.7 低NO_x燃气燃烧器技术15-17
• 1.3 主要研究内容17-20
• 第二章 新型低NO_x燃气燃烧器设计20-24
• 2.1 技术原理20-22
• 2.2 典型方案设计22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 数值模拟24-46
• 3.1 Fluent软件简介24-25
• 3.2 数值计算模型25-30
• 3.2.1 基本物理模型25-26
• 3.2.2 湍流模型26-28
• 3.2.3 组分输运与化学反应模型28-29
• 3.2.4 辐射模型29
• 3.2.5 NO_x 形成模型29-30
• 3.3 模拟对象30-34
• 3.3.1 燃烧室30
• 3.3.2 燃烧器30-31
• 3.3.3 网格划分31-34
• 3.4 模拟结果分析34-44
• 3.4.1 不同结构新型低 NO_x 燃气燃烧器模拟结果34-38
• 3.4.2 负荷对新型低 NO_x 燃气燃烧器的影响38-41
• 3.4.3 空气系数对新型低 NO_x 燃气燃烧器的影响41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 实验研究46-58
• 4.1 实验目的46
• 4.2 实验系统46-50
• 4.2.1 燃烧系统47
• 4.2.2 鼓、引风系统47-48
• 4.2.3 水冷系统48
• 4.2.4 数据测量及存取系统48-49
• 4.2.5 烟气成分检测系统49-50
• 4.3 实验方法50-52
• 4.4 实验工况52
• 4.5 实验结果52-56
• 4.5.1 不同结构燃烧器燃烧实验结果52-54
• 4.5.2 负荷适应性研究54-55
• 4.5.3 过剩空气系数影响55-56
• 4.5.4 NO_x含量分布56
• 4.6 本章小结56-58
• 总结与展望58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录（攻读学位期间发表论文目录）64

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本文编号：576447