一种合成燃料油的实验研究和燃烧过程数值模拟

论文摘要

随着我国经济的快速发展,对燃油的需求量越来越大。由于我国燃油资源紧缺和国际油价不断攀升,锅炉点火用油支出增加,给锅炉运行带来较大的成本压力。因此,本文对廉价合成燃料油替代柴油点火进行了研究。完成的主要工作如下：通过大量对比实验,获得了合成燃料油的恰当制备方法,制备得到了不同掺水量乳化的合成燃料油。分析了合成燃料油粘度随含水量和温度的变化关系,讨论了影响合成燃料油稳定性的有关因素。搭建了一个适用于合成燃料油点火燃烧的实验平台,并成功进行了点火燃烧实验。以工业现场锅炉为原型,以计算流体力学软件（FLUENT）为平台,采用非预混燃烧模型、可实现的κ-ε双方程湍流模型、P-1辐射模型以及颗粒轨道模型和雾化模型对合成燃料油炉内燃烧进行了三维数值模拟,得到了炉内温度场和速度场的分布情况,其中炉内最高温度为1374K。数值模拟的温度值与工业现场采集的温度数据基本相符,相对误差低于10%。利用合成燃料油在工业锅炉上进行了燃烧试验并进行相关参数的测试。通过燃烧试验,观察了合成燃料油燃烧火焰稳定性,获得了锅炉燃烧效率和烟气排放情况,并分析了合成燃料油代替柴油点火的经济性。试验锅炉每年点火可节约成本约33.2万元。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 燃油资源现状
• 1.1.2 锅炉燃油现状
• 1.1.3 煤焦油资源现状
• 1.2 合成燃料油国内外研究发展
• 1.2.1 合成燃料油国外研究发展
• 1.2.2 合成燃料油国内研究发展
• 1.3 合成工艺的研究发展
• 1.3.1 添加剂的研究发展
• 1.3.2 乳化工艺的研究发展
• 1.4 课题的意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题的意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 合成燃料油的实验研究
• 2.1 合成燃料油的原料选择
• 2.1.1 煤焦油与重、柴油的性质对比
• 2.1.2 煤焦油与重油粘度特性对比
• 2.2 实验仪器
• 2.3 添加剂的选择
• 2.4 合成燃料油的制备实验
• 2.4.1 制备调和燃料油
• 2.4.2 制备合成燃料油
• 2.5 合成燃料油的燃料特性分析
• 2.5.1 合成燃料油的粘度分析
• 2.5.2 合成燃料油的稳定性分析
• 2.5.3 合成燃料油的元素分析和物性参数
• 2.6 合成燃料油的点火燃烧实验
• 2.7 合成燃料油的燃烧特点
• 2.7.1 油的雾化
• 2.7.2 油雾与空气的混合
• 2.7.3 合成燃料油燃烧特点
• 2.8 本章小结
• 第三章 合成燃料油炉内燃烧过程数值模拟
• 3.1 合成燃料油炉内流动、燃烧和传热模型
• 3.1.1 基本控制方程
• 3.1.2 气相湍流模型
• 3.1.3 湍流燃烧模型
• 3.1.4 辐射换热模型
• 3.1.5 气液两相模型
• 3.2 四角切圆锅炉物理模型及假设
• 3.3 计算区域的选择
• 3.4 计算区域的离散
• 3.4.1 网格类型的选择
• 3.4.2 网格密度的确定
• 3.4.3 伪扩散问题的考虑
• 3.5 求解方法
• 3.6 边界条件
• 3.7 非预混燃烧处理
• 3.8 数值模拟结果
• 3.8.1 炉内温度分布
• 3.8.2 炉内速度分布
• 3.9 不同工况的模拟及分析
• 3.10 本章小结
• 第四章 合成燃料油燃烧工业试验
• 4.1 冷炉工业点火试验
• 4.2 锅炉燃烧试验
• 4.3 试验结果及分析
• 4.4 仿真结果验证及分析
• 4.5 经济性分析
• 4.6 本章小节
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文和参加科研情况