高温生物质气旋流燃烧特性的数值模拟研究

发布时间：2020-07-13 03:34

【摘要】：生物质气作为一种清洁的新型能源,既可以用于农村炊事,也可替代传统的化石燃料用于锅炉行业和工业行业。生物质气不仅可以减少化石燃料燃烧造成的全球温室效应和空气污染,而且还能成为人类生活和发展的动力需求。当今生物质气化技术的主要问题是生物质燃气中的焦油含量较高。通过高温气化的方式可以有效地解决生物质气化过程的焦油问题。基于以上思路,本文提出了一种新型的燃烧高温生物质燃气的燃烧设备,即直接燃烧通过高温气化后得到的低热值的高温生物质燃气。该燃烧器的主要特点是:所用的生物质燃气是高温燃气,因为本文所燃用的生物质燃气是生物质通过高温气化得到,采用高温气化的原因是可以解决生物质气化过程中的结焦问题,并且将高温下的气化气直接通入燃烧器与常温空气混合燃烧,充分利用了气化后的热量;燃气为有压燃气,因生物质气化过程后的低热值生物质燃气的体积较大,不利于运输,合理的加压利于燃气输送且节省输送管道的材料。通过Aspen Plus软件模拟生物质高温气化过程从而得到高温生物质燃气,然后进行有关结构计算,确定旋流燃烧器的结构尺寸,借助Fluent软件对不同进风方式、不同扩流锥角度以及燃烧室长径比的燃烧器结构进行旋流燃烧器的流动特性模拟,结果表明,当扩流锥角度从70°逐渐增大到110°时,双旋流燃烧室内形成的中心回流区尺寸逐渐增大,但从90°增大到110°时,燃烧器的结构尺寸变化较小;当燃烧室的长径比从1.15增大到1.6时形成的中心回流区的尺寸线增大后减小,当长径比为1.3时,燃烧室内形成的中心回流区尺寸最大。根据燃烧器的流动特性模拟结果,选择扩流锥角度为110°,燃烧室长径比为1.3的双旋流燃烧器进行高温生物质燃气的燃烧特性模拟,探究不同过量空气系数?以及不同热负荷条件下燃烧室的温度以及NO排放的分布规律,结果表明:随着过量空气系数?增大,燃烧室内的温度先升高后降低,当过量空气系数?为1时,温度达到最高;NO的排放量随着过量空气系数?的增大先升高后降低,当过量空气系数?为1.1时,NO的排放量最大。随着热负荷的增大,燃烧室内的高温区的范围逐渐增大,NO的排放量逐渐增大。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6
【图文】：

双调风燃烧器

图 1-1 双调风燃烧器[27]韩秋业等[28]重点分析了一款燃用低热值燃气的双旋流燃烧器的旋流装置，并采用 Fluent 软件探究了该燃烧器的流动特性，通过数值模拟得出燃烧器的流场形式会因负荷不同产生差距。模拟表明：该燃烧器能够形成适用于低热值气体燃料燃烧的良好的流场，并且可以良好的适应热负荷。魏剑等[29]利用 Fluent 软件对高炉煤气旋流燃烧器的流动情况进行有关研究分析。分析了不同热负荷下燃烧器内的流场和温度场分布，并讨论了影响燃烧器流场的因素，得到结果：随着热负荷增大，湍流强度增强，低温区的面积减小，回流区面积也增大，有利于低热值高炉煤气的着火和稳定燃烧。并且证实了不同负荷的条件下二次风与高炉煤气都可以在既定的环形通道中产生螺旋运动，并在离心力的作用下可以在燃烧器的出口处形成环状气流的理论；并将所得的计算结果通过实验数据进行验证。唐强等[30]针对生物质热值低的特性，设计了一台双旋流燃烧器，研究了不同过量空气系数、不同的配风比例及燃气组成对燃烧器的燃烧特性的影响。通过数值模拟与实验相结合的方法得到燃烧室的中心回流区有利于卷席更多的高温烟气

工艺流程图,生物质气化,工艺流程,模块

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文气化的速度很快，反应能达到理想的化学平衡，并且只受化学反应的速度控制；生物质中的灰分视为惰性物质，在气化中均不参与反应。2.2.2.3 构建流程图 2-1 所示是生物质气化过程的模拟流程图。其模拟过程主要包含四个模块：裂解模块、气化模块、燃烧模块和换热模块。其中裂解模块使用的是收率反应器，气化反应模块使用的是 Gibbs 反应器。

燃烧器,物理模型,容积热负荷,三维结构模型

( ) ( ) ( )NO NO NO NOY vY D Y St ,[ ]NO w NOd NOS Mdt 项；O 的质量分数； NO 的分子量。型二章旋流燃烧器的结构计算所得到的燃烧器的结构尺寸，物质气燃烧器的三维结构模型，为了更好的反应出高温生燃烧情况，根据燃烧器的容积热负荷计算所得，高温生物为 2.34m，直径为 1.6m 的圆柱体，燃烧器和燃烧室的整体：

【参考文献】