新型水煤浆气化喷嘴的开发与数值模拟

论文摘要

水煤浆气化是煤的清洁利用技术之一。水煤浆是一种清洁燃料,作为煤气化的原料有其天然的优势。但是我国的水煤浆气化技术还存在着许多问题,尤其是其核心技术—水煤浆气化喷嘴技术依然是水煤浆气化中的棘手问题,其性能、使用寿命将直接影响到整个装置的运行质量,针对现有气化喷嘴的不足,开发新型水煤浆气化喷嘴,将具有重要的现实意义。本文首先介绍了水煤浆气化技术现状及存在的问题;介绍了国内外各种水煤浆气化喷嘴的结构及特点;指出水煤浆气化对喷嘴的要求,并提出了新型喷嘴的设计思路。其次,介绍了试验台架系统及相关的测量仪器、设备,对目前常用的内混式喷嘴在不同雾化介质下的流量雾化特性进行了研究,对自行设计的三通道外混式喷嘴的流量雾化特性进行了实验研究,在低流速、流量的工况下对液膜破碎过程进行了观察分析,然后文章在这些实验的基础上,提出了自行设计的新型水煤浆气化喷嘴结构。再次,本文对气化喷嘴的基本结构进行了设计计算,针对现有实验仪器状况,对实际喷嘴进行冷态模化,设计了模型喷嘴,并对模型喷嘴进行了选型实验研究。最后,针对设计的水煤浆气化喷嘴,分别对其速度、压力场和雾化场,利用不同的模型,对喷嘴出口射流进行了数值模拟研究,得到的结果与实验结果比较接近,很好的验证了实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 喷嘴性能的评价标准
• 1.3 论文研究内容
• 参考文献
• 第二章 气化喷嘴现状
• 2.1 水煤浆气化技术现状及存在问题
• 2.2 国内外相关气化喷嘴
• 2.2.1 国外相关喷嘴
• 2.2.2 国内气化喷嘴
• 2.3 新型水煤浆气化喷嘴的设计思路
• 2.3.1 水煤浆气化对烧嘴的要求
• 2.3.2 水煤浆气化喷嘴的设计思路
• 参考文献
• 第三章 试验系统及仪器
• 3.1 冷态雾化试验系统
• 3.1.1 试验台结构及特点
• 3.1.2 转子流量计校正
• 3.2 LS-2000激光粒度分析仪
• 3.3 HG-100K高速摄影仪
• 参考文献
• 第四章 常用喷嘴的流量、雾化特性研究
• 4.1 Y型内混式喷嘴的流量雾化特性研究
• 4.1.1 雾化介质为过热蒸汽时喷嘴的流量特性
• 4.1.2 雾化介质为空气时喷嘴的流量雾化特性
• 4.1.3 不同雾化介质下喷嘴的流量特性
• 4.2 三通道喷嘴的流量雾化特性研究
• 4.2.1 三通道喷嘴的流量雾化特性研究
• 4.2.2 液膜雾化过程观察与研究
• 4.3 新型水煤浆气化喷嘴的提出
• 参考文献
• 第五章 新型气化喷嘴设计
• 5.1 水煤浆气化的反应模型
• 5.1.1 水煤浆气化的基本反应
• 5.1.2 气化炉膛反应基本模型
• 5.1.3 常用气化指标
• 5.2 喷嘴的设计计算
• 5.2.1 中心通道气体入口直径及出口直径的计算
• 5.2.2 中环管煤浆通道入口及出口面积的计算
• 5.2.3 外环管气体入口面积的计算
• 5.2.4 其他结构参数
• 5.3 喷嘴的冷态模化
• 5.3.1 冷态模化原理
• 5.3.2 冷态模化的数值模拟比较
• 参考文献
• 第六章 新型喷嘴开发
• 6.1 实验用喷嘴型号及各部件尺寸
• 6.2 实验结果与数据分析
• 6.2.1 中心喷头所缩进量的影响
• 6.2.2 外环出口缝隙的影响
• 6.2.3 工质出口角度的影响
• 6.2.4 混合孔出口孔径的影响
• 6.2.5 混合孔深度的影响
• 6.2.6 工质负荷对喷嘴流量雾化效果的影响
• 6.2.7 气量分配比的影响
• 6.2.8 不同径向位置的影响
• 6.2.9 喷嘴的选型优化
• 6.3 喷嘴流场数值模拟
• 6.3.1 数值模拟的计算基础
• 6.3.2 喷嘴流场的数值模拟
• 6.3.3 喷嘴雾化的数值模拟
• 参考文献
• 第七章 全文总结
• 7.1 工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 附录
• Ⅰ 作者在攻读硕士期间参与的科研项目
• Ⅱ 作者在攻读硕士期问发表的论文
• 致谢