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一种oxyfuel燃烧器的中试试验和模拟研究

作　者: 郭鹏
导　师: 邹春；郑楚光
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: Oxyfuel燃烧器旋流强度 CFD数值中试试验
分类号: TK223.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤炭等化石燃料燃烧所带来的日益严重的气候问题和环境问题,引起了各国的关注。CCS技术中的重要组成部分——O_xyfuel燃烧技术不但能实现CO₂的富集,而且能同时实现NO、SO_x等污染物的协同去除,因而成为当前洁净燃烧研究的重点方向。本文采用数值模拟和实验研究的方法,主要研究了oxyfuel燃烧器的动力学性能和燃烧特性。燃烧器采用旋流形式,并以轴向叶片作为旋流产生器;氧气的输入采用双通道可调的方式:少量氧气送入位于燃烧器中心的氧气输送管;其余氧量掺混入二次风。使用FLUENT软件对燃烧器的重点参数旋流强度进行模拟计算,并确定了最佳的旋流强度。在燃烧器冷态流场试验中,测量和绘制燃烧器的轴向速度场,来分析气流扩展角和回流区的大小;利用流动显示实验得到燃烧器的气流混合情况。实验表明燃烧器能组织起良好的流场,形成较好的回流区结构,并实现一、二次风的快速、均匀混合。燃烧器的热态燃烧试验包括空气燃烧和烟气循环工况,实验表明:在上述两个工况下,该oxyfuel燃烧器运行安全可靠,实现煤粉的快速着火和稳定燃烧;煤粉燃尽率,在空气燃烧下达到87%,在烟气循环下达到90%。在烟气循环燃烧工况下,NO和SO₂的浓度分别达到空气燃烧下的1.8倍和3倍;将NO、SO₂生成量折算到mg/MJ,得出烟气循环工况下的脱硝效率和脱硫效率（以空气燃烧为基准）达到60%和37%。降低氧气在中心氧气管的分配比例,NO的浓度明显降低,脱硝率达到67.1%;SO₂则基本没有变化。研究表明:降低中心氧气管氧气流量,增加二次风中的氧气量有助于降低NO的生成。这对于今后oxyfuel燃烧器的研究和设计有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-24
  1.1 CCS 的研究背景与现状  8-10
  1.2 中国CCS 技术发展  10-11
  1.3 Oxy-fuel 燃烧技术  11-22
  1.4 本文的研究课题  22-24
2 oxyfuel 燃烧器的设计和数值模拟  24-40
  2.1 oxyfuel 燃烧器的结构设计  24-29
  2.2 模拟计算CFD 简介  29-30
  2.3 FLUENT 模型设置  30-33
  2.4 旋流强度的数值模拟  33-39
  2.5 本章小节  39-40
3. oxyfuel 燃烧器的冷态流场实验  40-45
  3.1 冷态流场实验简介  40
  3.2 冷态速度场实验  40-43
  3.3 流动显示实验  43-44
  3.4 本章小结  44-45
4. oxyfuel 燃烧器热态试验及分析  45-67
  4.1 实验系统介绍  45-48
  4.2 实验测量系统  48-51
  4.3 试验工况及操作  51-53
  4.4 试验结果  53-62
  4.5 燃烧器性能分析  62-65
  4.6 本章小结  65-67
5 全文总结及展望  67-69
  5.1 全文总结  67-68
  5.2 工作展望  68-69
致谢  69-71
参考文献  71-77

一种oxyfuel燃烧器的中试试验和模拟研究

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