微扰流及进动射流低NOx燃烧器的研究

论文摘要

低NO_x燃烧器是低NO_x技术的一个非常重要的内容,一直都是低NO_x技术研究的重点。本研究根据进动射流强化燃料和氧料之间宏观大尺度混合,设计了两种新型的进动型燃烧器,研究进动燃烧器的低NO_x特性。进动流动的流体在某种激励机制的作用下,能够产生一个围绕着一定轴线(与其射流中心轴线不重合)的立体摆动运动。进动流被证明是对一些燃烧装置的燃烧有利的,进动射流增加了扰动,增强了大尺度混合,减小了小尺度混合,减少了火焰的拉伸率,导致燃烧中煤烟增加。煤烟体积量的增加导致了辐射的增加,反过来它又导致了火焰温度的减少。因此,进动射流燃烧可以有效地降低NO_x的排放。本文设计了两个结构不同的进动燃烧器:三角孔燃烧器和喇叭口燃烧器,并对这两个新型燃烧器进行了中试实验和数值模拟。中试实验在0.3MWt的垂直燃烧炉内进行,采用较为先进的测量仪器进行测量。本研究以一个低NO_x旋流燃烧器的实验数据作为对比,在相同的给煤量、风量等工况下进行了上述三种燃烧器的对比实验,结果表明:三角孔燃烧器和喇叭口燃烧器这两个新型燃烧器在降低NO_x方面效果明显,分别低于原先设计的旋流燃烧器29.1%和35.8%。同时,两个新型燃烧器产生的高温区域较旋流燃烧器大,表明燃料和空气的混合得以加强。计算流体力学(CFD)越来越成为都是燃烧器研发的重要手段,本研究采用Fluent模拟软件,对低NO_x旋流燃烧器、三角孔燃烧器和喇叭口燃烧器进行了数值模拟,得到了三种燃烧器产生的温度场,浓度场和速度场详细数据,模拟结果表明:本研究提出的两个新型低NO_x燃烧器的流场结构与旋流燃烧器有着显著的不同,新型燃烧器强化了燃料与空气的大尺度混合,燃烧性能稳定,同NO时x的排放量分别为183ppm和195ppm比旋流燃烧器要低,这也说明了进动射流能够有效地减少小尺度的混合。通过中试实验和数值模拟表明:三角孔燃烧器和喇叭口燃烧器这两个新型燃烧器在降低NO_x方面效果明显。未来需要进行的工作:研究进动射流煤种的适应性;不同负荷工况下的实验,以考察进动射流燃烧器的负荷适应性;综合这两个燃烧器的优点,增强燃烧过程的稳定性和低NO_x的排放特性,以及燃烧工况的可调性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• x 燃烧器研究概况'>1.2 国内外低NO_x燃烧器研究概况
• 1.3 进动射流燃烧器
• 1.4 课题的主要研究内容
• 2 微扰流及进动射流燃烧器的原理及设计
• 2.1 原理及结构
• 2.2 新型燃烧器的设计
• 3 进动射流燃烧器的中试实验
• 3.1 中试实验系统介绍
• 3.2 三种燃烧器的中试实验对比
• 4 进动射流燃烧器的数值模拟
• 4.1 Fluent简述
• 4.2 Gambit 简述
• 4.3 模拟所采用的模型
• 4.4 模拟的初始条件和边界条件
• 4.5 模拟的设置及初始化
• 4.6 模拟的结果
• 5 总结及后续工作建议
• 5.1 总结
• 5.2 后续工作建议
• 致谢
• 参考文献