富氢生物质气化气燃烧器结构设计及燃烧特性研究

发布时间：2020-07-28 20:28

【摘要】：利用生物质气化技术将能量储量巨大的生物质能转化为清洁燃气将成为未来能源供应的一种重要途径。未来能源中，氢气将会成为清洁能源的主要代表，而通过生物质气化技术可以得到富含氢气的燃气。因此研究开发适合富氢生物质气化气燃烧的专用燃烧器对改善能源结构、减少环境污染及温室效应的控制具有重要意义。本文针对富氢生物质气化气的特性，设计了额定热负荷为170kW的双旋流扩散式燃烧器，并研究了不同配风比及结构参数对该燃烧器流动特性的影响规律。研究表明：在内环空气量占总风量70%时，燃烧室流场分布最合理；增加隔离环板尺寸可以强化中心回流区回流能力。随后进行的流动特性实验表明：燃烧器各部件中，内环旋流空气管流动阻力最大，其次为燃气导流管，外环旋流空气管最小，过量空气系数大于1.1时，燃气管的压力损失随过量空气系数增大而减小；过量空气系数对轴向速度轴向分布影响较大，径向分布影响较小，1.1时中心回流区尺寸及回流能力达到最大值。对该燃烧器的温度场分布、可燃组分浓度分布及NO_X的排放进行了数值模拟研究。结果表明：内环空气量占总风量70%，隔离环板与钝体直径分别为48mm和34mm时，燃烧室温度分布最均匀；增加燃气中H_2和CO的含量将分别加快和降低燃气的燃烧速率，减小和增加高温区的范围，而增加CH_4的含量,对燃气燃烧速率和高温区范围影响不大；改变隔离环板尺寸、过量空气系数及可燃组分含量均将对NO_X的排放产生显著影响，而改变钝体尺寸及热负荷，对NO_X的排放影响较小，隔离环板直径为48mm，过量空气系数为1.1时，NO_X的生成量最小。通过数值模拟及实验研究得到了生物质气化气双旋流燃烧器的流动特性及燃烧特性，为富氢生物质气化气的燃烧利用奠定了理论与技术基础。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6
【图文】：

废气燃烧器,结构示意图

上开通 2 排喷空，用以燃气与空气的部分预混，减小进气采用一次直流、二次旋流的进气方式，增强燃烧研究发现：①当直流风占总风量的 80%时，燃烧器射，高温区域分布最广，燃气的燃烧效率大于 99%；②燃气甲烷的燃烧速率、燃尽程度及燃尽距离最快、最高彭峰[35]采用数值计算的方法对废气燃烧器的流场和排燃烧器喷嘴容易烧损，燃烧室内部流场不合理，废气有害物浓度过高的问题，对燃烧器结构进行了改进：，改变导流叶片角度，避免流动过早分离；②在上述，减小燃气喷嘴的出口角度。研究发现：①方案一可流场分布，火焰面远离喷口有利于喷嘴组件的安全，燃烧器有害物 NOx浓度只是略有降低；②方案二结构改改善，从而使火焰变长，燃烧室温度分布更加均匀，，NOx浓度大大降低。

示意图,燃烧器结构,示意图,燃烧器

图 2.1 燃烧器结构示意图Fig2.1Structure scheme of combustor流管设计以切向方式进入燃烧器，为防止削弱燃烧器出口的部及出口流速过快。参考文献[44]中的燃气速度，最器属于扩散式燃烧器，因此不存在回火的安全隐比重较高，而且氢气的火焰传播速度很大，因此选用 25m/s 作为参考值，并依据式(2.5)对导流管截面3600ggLFV 管入口燃气平均速度参考值，m/s；流管的横截面积，m2。所示的燃烧器物理结构，燃气导流管流通截面积是

示意图,空气进口,示意图

图 2.2 燃/空气进口示意图Fig.2.2 Schematic diagram of the gas/air inlet文献[45]，入口截面尺寸比 b/a 取值为 0.5。在设计时切向的出口截面积相等，如计算式(2.9)所示。2 20( ) / 4f f fa b d d2 2( ) / 4N N N fa b d d2 2( ) / 4W W W na b d d气进口尺寸，m；环空气进口尺寸，m；外环空气进口尺寸，m。片设计片对轴向叶片进行设计。综合考虑叶片设计经验及实物加共 12 片，倾角为 30°。

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