工业炉内弥散燃烧过程条件探讨及NO_x排放控制

发布时间：2017-10-01 14:20

  本文关键词：工业炉内弥散燃烧过程条件探讨及NO_x排放控制

  更多相关文章： 烟气自循环 弥散燃烧 CFD数值模拟 燃烧机制 NOX排放 实验验证

【摘要】：弥散燃烧技术具备显著节能和环保的特性,对加强能源的利用、改善空气质量、降低企业生产资金、提高企业的竞争力具有十分重要的意义,国际社会称之为21世纪燃烧领域最具备发展潜力的新型关键燃烧技术之一。为探讨弥散燃烧技术在烟气自循环工业炉上的应用,本文通过软件(FLUENT)数值模拟研究了弥散燃烧技术在工业炉上的形成条件,并进行了实验验证。本文首先验证了工业炉装置下不同湍流模型的适用性,并与实验结果对比分析,发现standard k-ε模型与实际情况最为接近,表现较好。本文就炉膛半径改变对工业炉内形成弥散燃烧过程进行了模拟,发现炉膛半径的加大使得炉膛局部高温区逐步减小。炉膛内平均温度、出口温度、最高温度均降低。这表明宽大的炉膛空间有利于炉膛温度均匀性,形成弥散燃烧过程,但不宜过大增加炉膛半径。在本课题研究中,炉膛半径限定在180mm-240mm最佳。本文对不同燃料流量对工业炉内形成弥散燃烧过程进行了模拟,发现随着燃料流量的增加,炉膛温度分布更加均匀。炉膛的高温区域主要分布在炉膛的中后部,随着燃料流量的增加,高温区域面积逐步扩大。因此,燃料流量较低时,燃烧在相对低氧范围内进行,反应速率缓慢,符合形成弥散燃烧的条件。本文还针对回流烟气预热空气对工业炉内形成弥散燃烧过程影响进行了不同初始空气速度下有无烟气回流通道的对比分析。发现在两种情况下,随着高温空气喷射速度的增加,炉膛内的出口温度、最高温度均下降,炉膛平均温度上升,这符合弥散燃烧的形成条件。在不存在烟气回流通道时炉膛最高温度、出口温度、平均温度以及炉膛温差均远高于存在烟气回流通道情况,NOX的生成量也远远增加。可见,较大空气初始动量对空气、燃料混合的推迟作用及烟气回流对高温空气、燃料的稀释作用。本文就该装置下形成弥散燃烧是否与燃烧器布置方式有关展开了探讨,将燃烧器布置方式改为传统布置样式(中间为燃气入口,上部为空气喷射入口),利用三维模拟探究了燃料喷嘴与空气喷嘴间距不同时流场分布状况。研究表明,当燃料喷口与空气喷口间距不同时,炉膛空间温度场分布变化很大。随着燃气喷嘴与空气喷嘴的间距增大,炉膛温度梯度变小,炉膛空间温度分布更加均匀。符合弥散燃烧基本特征。
【关键词】：烟气自循环 弥散燃烧 CFD数值模拟 燃烧机制 NOX排放 实验验证
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符号说明9-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 弥散燃烧技术简介12-14
• 1.2.1 弥散燃烧技术命名与定义12-13
• 1.2.2 弥散燃烧的技术优势13-14
• 1.3 弥散燃烧的国内外研究现状及应用14-20
• 1.3.1 弥散燃烧的国外研究现状14-17
• 1.3.2 弥散燃烧的国内研究现状17-19
• 1.3.3 弥散燃烧技术应用19-20
• 1.4 本文的研究内容和计划20-22
• 第二章 仿真模拟燃烧过程的数学计算模型22-34
• 2.1 基本控制方程组22-25
• 2.2 湍流流动模型25-28
• 2.3 辐射模型28-29
• 2.4 燃烧模型29-31
• 2.5 NO_x预测模型31-34
• 第三章 低氧弥散燃烧过程模拟的物理模型34-38
• 3.1 燃烧器构造简介34
• 3.2 数值模拟参数确定34-38
• 3.2.1 燃料选取34-35
• 3.2.2 燃烧参数设计举例35
• 3.2.3 氮氧化合物折算方法35-36
• 3.2.4 物理模型36-38
• 第四章 实验台架38-40
• 第五章 二维下工业炉内弥散燃烧形成条件探讨40-70
• 5.1 湍流模型适用性验证40-45
• 5.1.1 温度分布41-43
• 5.1.2 炉膛尾部烟气分析43-44
• 5.1.3 沿炉膛中心轴线上的各组分浓度分布44-45
• 5.1.4 本节小节45
• 5.2 炉膛半径改变分析研究45-55
• 5.2.1 温度分布46-48
• 5.2.2 温度不均匀度48-50
• 5.2.3 氧浓度分布50-51
• 5.2.4 炉膛X=400mm断面上的组分浓度、温度分布51-53
• 5.2.5 出口NO_x分布53
• 5.2.6 实验、模拟对比研究53-55
• 5.2.7 本节小节55
• 5.3 燃气流量改变模拟研究55-59
• 5.3.1 温度分布56-57
• 5.3.2 氧气分布情况57-59
• 5.3.3 本节小节59
• 5.4 不同初始空气速度下有无烟气回流通道模拟探究59-70
• 5.4.1 两种情况下温度曲线对比及出口NO_x对比60-61
• 5.4.2 温度分布图61-62
• 5.4.3 两种情况下氧浓度场分析62-63
• 5.4.4 氧浓度分布图63-64
• 5.4.5 垂直于炉膛中心轴线的断面上燃烧产物分布64-67
• 5.4.6 炉膛内各截面温度分布67-68
• 5.4.7 本节小节68-70
• 第六章 三维下工业炉内弥散燃烧形成条件探讨70-76
• 6.1 氧浓度分布71-72
• 6.2 速度场分布72-73
• 6.3 温度分布73-74
• 6.4 NO_x分布74-75
• 6.5 本章小节75-76
• 第七章 总结76-80
• 7.1 本文主要结论76-77
• 7.2 下一步工作计划77-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间所取得相关科研成果86

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本文编号：953941