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粗煤气和驰放气燃烧特性的研究

作　者: 刘庆滨
导　师: 金燕
学　校: 太原理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 多联产数值模拟燃烧温度着火温度
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤基多联产技术是综合解决我国面临的“富煤、贫油、少气”能源现状以及能源利用率低和大气污染的一项技术,而“双气头”多联产更考虑了我国大量生产焦炭的现状。多联产系统除了生产化工产品,还输出电力产品,用于燃烧发电的原料气是化工合成剩余粗煤气以及驰放气。剩余粗煤气和驰放气的组分、物理化学性质以及流动状况等随着多联产过程运行工况的变化而发生变化,直接影响到燃气轮机的稳定运行。因此有必要研究粗煤气以及驰放气的燃烧特性。本文在分析气体燃烧理论的基础上,建立了模拟粗煤气以及驰放气燃烧的物理模型和燃气着火温度测定实验系统,研究了不同燃烧条件、不同燃烧模型燃烧室温度分布,探讨了组分变化对燃气着火温度的影响规律。实验中利用H2、CO、CH4和C02按一定体积比例配制混合气以模拟实际多联产燃气发电系统原料气。研究结果表明,绝热燃烧模拟温度与理论燃烧温度热平衡计算值比较吻合,燃烧室温度随高度的增加先升高后保持不变,最高燃烧温度可达2047K。燃烧室输入热量、热边界条件一定时,随甲烷相对体积含量的增加,燃烧温度降低,而当甲烷含量也一定时,随氢气相对含量的增加燃烧温度降低,一氧化碳含量的增加使燃烧温度升高。燃烧器内空气射流速度不均会导致燃烧室温度分布不均。随着壁面传热系数的增大,燃烧室温度水平降低,燃烧室径向和轴向上的温度梯度增加。燃烧温度随过量空气系数的增大呈现先升高后降低的趋势,最高燃烧温度对应的过量空气系数介于0.9-1.0之间。燃烧器长度减小时,射流着火提前,燃烧室径向温度分布均匀性变差。燃气着火温度随氢气相对含量的增加而降低,随甲烷含量的增加而升高,一氧化碳含量的增加对燃气着火温度的影响具有双重性。系统热力条件一定,燃气的着火温度基本不变,与一次风率无关。实验测得的H2、CO以及CH4的着火温度分别为563℃、667℃和790℃。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
符号说明  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景  11-14
  1.2 国内外研究现状  14-16
  1.3 课题研究的主要内容  16-17
第二章燃气燃烧反应机理及计算  17-31
  2.1 燃烧反应速度  17-20
    2.1.1 温度对化学反应速度的影响  17-18
    2.1.2 压力对化学反应速度的影响  18-20
  2.2 氢的氧化反应  20-22
  2.3 一氧化碳的氧化反应  22-23
  2.4 甲烷的氧化反应  23-26
  2.5 气体燃烧反应计算  26-31
    2.5.1 燃烧所需空气量的计算  26-27
    2.5.2 完全燃烧产物的计算  27-28
    2.5.3 燃烧温度的计算  28-31
第三章燃气着火理论  31-45
  3.1 热自燃理论  31-35
    3.1.1 热自燃原理  31-32
    3.1.2 热自燃温度  32-34
    3.1.3 热自燃感应期  34-35
  3.2 链锁自燃理论  35-39
    3.2.1 链锁自燃的条件  36-38
    3.2.2 链锁自燃感应期  38-39
  3.3 点燃理论  39-45
    3.3.1 点燃的方法  39-42
    3.3.2 点燃界限  42
    3.3.3 点燃界限的影响因素  42-45
第四章粗煤气和驰放气燃烧过程数值研究  45-67
  4.1 模拟软件  45-46
  4.2 创建模型、划分网格和设置边界条件  46-49
    4.2.1 创建模型  46-47
    4.2.2 划分网格  47-49
    4.2.3 边界条件设置  49
  4.3 数学模型  49-51
    4.3.1 质量守恒方程  50
    4.3.2 动量守恒方程  50
    4.3.3 能量守恒方程  50
    4.3.4 组分质量守恒方程  50-51
    4.3.5 湍流控制方程  51
  4.4 粗煤气和驰放气燃烧过程的数值模拟  51-67
    4.4.1 粗煤气/驰放气绝热燃烧数值模拟  51-55
    4.4.2 粗煤气/驰放气不同壁面传热系数的燃烧数值模拟  55-59
    4.4.3 粗煤气/驰放气不同过量空气系数的燃烧数值模拟  59-61
    4.4.4 氢气与甲烷燃烧数值模拟比较  61-63
    4.4.5 甲烷在模型A与模型B中数值燃烧比较  63-67
第五章粗煤气和驰放气着火温度的实验研究  67-83
  5.1 研究对象的介绍  67-68
  5.2 着火温度测定实验系统  68-71
    5.2.1 气体供应系统  68-69
    5.2.2 点火系统  69-70
    5.2.3 旁路系统  70-71
  5.3 着火温度测定方法  71-73
  5.4 着火温度测定实验结果  73-83
    5.4.1 H_2/CO/CH_4/CO_2混合气组分变化对着火温度的影响  73-80
    5.4.2 一次风率对焦炉煤气/气化煤气/驰放气着火温度的影响  80-83
第六章结论  83-85
参考文献  85-89
致谢  89-91
攻读学位期间发表的学术论文目录  91

粗煤气和驰放气燃烧特性的研究

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