燃料广适性采暖炉具设计及基于CFD的结构优化方法

发布时间：2020-08-04 16:58

【摘要】：分散采暖是冬季采暖的重要方式之一,分散采暖使用散煤做燃料且直燃直排的方式造成了严重的空气污染。针对分散采暖污染物排放问题,我国提出了“煤改电”“煤改气”等清洁采暖方式,但囿于资源、经济、习惯等因素,固体燃料采暖仍具有很大的市场。基于此,清洁采暖炉具成为一个重要发展方向,考虑到农村燃料多样化的现实,具有较广燃料适应性的炉有较大市场需求。为此,本研究建立了一种可以燃用高挥发性燃料和低挥发性燃料的炉具模型,并采用CFD进行了模拟研究。设计的炉具模型能在正烧和反烧模式间进行切换。本文以秸秆颗粒燃料作为高挥发性燃料的代表,模拟了炉具在反烧工况下的运行性能,结果表明:在设计功率为24kW的炉子上,燃烧室内最高温度1271℃,平均温度421℃,计算热效率达89%。此外,以福建无烟煤为低挥发分燃料的代表,模拟了炉具在正烧工况下的运行性能,结果表明:在保持炉具设计功率不变情况下,计算热效率仅有41%。在同一炉具上模拟正烧和反烧的计算热效率结果差距很大。本文还研究了反烧工况下烟气再循环对颗粒燃料燃烧和炉具NOx排放的影响。10%烟气再循环进入一次进风口时,燃烧室内最高温度降低44℃,NO排放量降低27%,但等量烟气再循环进入二次进风口时没有减排效果。烟气从一次进风口进入燃烧室时,燃烧室内温度随烟气量的增加而降低,回流比例从0增加到30%,最高温度降低266℃,烟气出口平均温度降低4℃,NO的排放量也随烟气再循环量的增加而降低,回流比例在15%以内时,降低速率较快,超过15%后,降低速率减慢,烟气再循环对炉具热效率的影响较小,仅降低1%。烟气再循环可以在基本不影响热效率的情况下有效降低NOx的排放量.
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU832;X701
【图文】：

生物质,颗粒燃料,化石能源,化石燃料

图２－１生物质颗粒燃料逡逑的利用和发展可分为三个阶段：逡逑第一阶段：由于化石燃料稀缺，开始寻找可以代替化石能源的明确生物质能源优势，开始研发生物质能高效利川的方式。逡逑第二阶段：由于化石能源紧缺和使用时带来的污染，引起各国视，研制成型燃料在某些领域代替化石燃料。逡逑第三阶段：开始逐渐扩大工业化研究规模，研制并投产生物质讲，欧美国家的生物质燃烧装置技术更为成熟，能够使叫多种简单自动化程度高，研制的产品也更趋向于民用采暖领域，美工剩余物为原料的成型燃料加工厂用以满足消费者的需求，一民采暖装置使用成型燃料。逡逑来越重视民用小型生物质燃烧炉具的研制。李亚猛等人研制出方式，多功能的生物质颗粒直燃炉灶，其炊事热效率达４２．９％，７０．７％，炊事强度为ｌ４．ｌｋＷ，生物质颗粒可以充分燃烧，排，低于国家标准［５７１。矫振伟等设计了由象鼻状前炉拱和阶梯状烧室结构，使燃料的燃烧分在两个区域，即气体燃烧丨Ｘ：域和丨Ｗ丨

示意图,炉结,示意图,采暖炉

能延缓挥发分析出速度的特点，炉温高、燃烧充分，可基本消除黑烟，颗粒物排逡逑放浓度低，适用于烟煤等挥发分高的燃料，适合采暖。反烧燃烧强度低，火力较逡逑弱，不宜用于炊事。正烧式和反烧式炉具的结构示意图见图３－１。逡逑ｂｓ：逡逑ａ）正烧炉逦ｂ）反烧炉逡逑图３－１正烧炉和反烧炉结构示意图逡逑３．２燃料广适性采暖炉模型设计逡逑根据目前分散采暖的市场需求，设计一种既可以实现正烧也可以实现反烧的逡逑采暖炉，按照可为ｉＯＯｍ２房供暖和提供生活热水的目标，炉子的功率设计为逡逑１８ｋＷ，假设炉具的热效率可达７５％，则每秒需通过燃料燃烧提供的热景为２４ＬＩ。逡逑希望可通过改变燃烧方式使炉具既可适应无烟煤等低挥发分燃料，又ｎ丨适应生物逡逑质等高挥发分燃料，该模型的具体设计情况如下：逡逑采暖炉通过改变二次进风口的位置改变燃烧方式，其二次进风口分为两组ａ逡逑和ｂ，二次进风口邋ａ有６个，前后侧

网格结构,控制方程,燃烧室,数学模型

适合计算矩形拓扑结构的区域，划分方法较复杂，而非结构网格不具有结构逡逑特性，适应性强，适于划分有复杂几何结构的区域，划分方法较简单。选择结构逡逑化网格对燃烧室区域进行离散化处理，网格总数４５３１０３，网格结果见图３－３。逡逑１８逡逑

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