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蓄热式燃烧器结构优化数值模拟及实验研究

作　者: 丁翠娇
导　师: 柳朝晖
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 蓄热式燃烧器无焰燃烧数值模拟实验研究优化设计
分类号: TK223.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高温空气燃烧技术是一项全新的节能环保型燃烧技术,蓄热式燃烧器是新技术中最为关键的部件,本文围绕蓄热式燃烧器结构的优化开展数值模拟和实验研究,结果如下:论文首先针对高炉煤气双预热蓄热式燃烧器稳态燃烧过程构造了数值模型,湍流流动采用k -ε模型,燃烧采用涡耗散(Eddy Dissipation Model)模型,耦合蒙特卡洛辐射传热模型,NOX生成采用Zeldovich模型。对蓄热式燃烧方式下高炉煤气燃烧化学反应机理进行了分析,结果表明:采用Lavrov提出的单步总包反应计算CO结果偏差较大,与实际情况不符,采用两步的包含CO可逆反应和水汽反应机理相对合适。借助于数值模拟方法,对蓄热式烧嘴关键结构对燃烧过程温度场和浓度场的影响规律进行了研究,比较分析了12种不同烧嘴喷口组合状态下的燃烧情况,结果显示:(1)烧嘴喷口距离在15D～20D间调整和角度在3°～9°间改变对炉内整体温度水平和温差大小结果影响不大,燃烧高温区主要集中在炉膛的中部,温度梯度较小,温度分布很均匀,炉膛中心区域内温度差在100℃以内。(2)烧嘴喷口小间距时,喷口角度不易过大,否则会出现燃烧不完全现象。当烧嘴喷口间距过大时,喷口角度不能过大也不能过小。综合分析确定烧嘴结构在18D、5°组合状态下燃烧效果最优,性能最稳定。(3)NOX的模拟计算结果表明,实验烧嘴结构能够很好的实现低NOX生成技术,同时也反映出低热值高炉煤气燃烧NOX生成低。对蓄热式燃烧技术的过程特性进行了详细的实验研究,结果表明:蓄热式燃烧不同于常规燃烧,其燃烧过程为一周期变化的非稳态过程,炉内温度场和浓度场均随着换向动作做周期性的变化。计算结果与实验测试值对比表明:模拟计算结果准确,炉内温度场和浓度场分布规律与实测结果一致,温度预测最大绝对误差在50℃以内,相对误差小于3%,炉尾烟气各组分含量CO、O2和CO2与实测值一致,NOX排放水平较实测值偏低。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 蓄热式燃烧技术简介  9-10
  1.3 蓄热式燃烧技术的主要优点  10-11
  1.4 常用蓄热式燃烧器结构型式  11-12
  1.5 蓄热式燃烧技术数值模拟研究现状  12-14
  1.6 本文研究内容  14-16
2 燃烧过程数值模拟  16-45
  2.1 计算模型  16-19
  2.2 数学模型  19-25
  2.3 化学反应机理选择与计算  25-28
  2.4 冷态模拟  28-33
  2.5 热态模拟  33-45
3 蓄热式燃烧技术的实验研究  45-57
  3.1 实验系统介绍  45-49
  3.2 蓄热式燃烧过程特性研究  49-53
  3.3 模型计算结果检验  53-57
4 全文总结及建议  57-60
  4.1 全文总结  57-59
  4.2 进一步的工作及建议  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-65
附录攻读学位期间发表论文目录  65

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