低热值煤气燃烧过程的数值模拟与实验研究

论文摘要

在工业生产某些过程中有大量的低热值煤气产生,由于含有大量惰性气体,因而发热量很低、着火困难、燃烧性能差。为了有效利用这些低品质的煤气,节能减排,本文设计开发了一种新型的低热值煤气燃烧系统,基于数值模拟与实验研究的方法对该燃烧系统的燃烧特性进行了研究。首先,建立了低热值煤气燃烧过程实验台,设计开发了燃料系统、送风系统、燃烧系统、数据采集系统、后处理系统。重点设计开发了低热值煤气燃烧系统,燃烧系统由低热值煤气燃烧器、燃烧室以及独特的蓄热体结构组成。其次,在应用Gambit软件建立了低热值煤气燃烧系统的三维模型的基础上应用Fluent软件进行了流动与燃烧过程的数值计算,获得了低热值煤气燃烧过程的压力场、流场、速度场、温度场和浓度场,并进行了详细的分析。第三,研究燃烧系统参数对低热值煤气燃烧过程的影响,分析了空气预热温度、煤气预热温度、富氧浓度以及空气过量系数对低热值煤气燃烧过程的影响规律；对低热值煤气燃烧系统的结构进行了优化,得到了最佳喷口角度以及最佳蓄热体结构。利用正交设计法分析了各参数对燃烧过程影响的显著程度,为低热值煤气燃烧过程的实验研究提供了一组最佳参数组合。最后,在搭建的低热值煤气燃烧过程的实验台上,对低热值煤气燃烧过程进行了实验研究。研究了不同空气预热温度对低热值煤气燃烧过程的影响。同时,对低热值煤气燃烧过程的数值模拟结果与实验研究结果进行对比研究,验证了数值模拟结果的准确性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外低热值煤气燃烧过程的研究现状
• 1.2.1 国外低热值煤气燃烧过程的研究现状
• 1.2.2 国内低热值煤气燃烧过程的研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.3.1 论文的研究对象
• 1.3.2 论文的研究内容
• 2 低热值煤气燃烧过程实验台的设计
• 2.1 燃料系统的设计
• 2.1.1 燃料量的计算
• 2.1.2 阻力特性分析计算
• 2.2 送风系统的设计
• 2.2.1 空气耗量的计算
• 2.2.2 阻力特性分析计算
• 2.2.3 空气电加热器的设计
• 2.3 燃烧系统的设计
• 2.3.1 低热值煤气燃烧器的设计
• 2.3.2 燃烧室的设计
• 2.3.3 蓄热体结构的设计
• 2.3.4 催化燃烧结构的设计
• 2.4 数据测量与采集系统的设计
• 2.5 后处理系统的设计
• 2.5.1 换热器的设计
• 2.5.2 引风机
• 2.6 本章小结
• 3 低热值煤气燃烧过程数值模拟研究
• 3.1 物理和数学模型
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 数学模型
• 3.2 网格划分、边界条件及求解方法
• 3.2.1 网格划分
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 点火源的定义
• 3.2.4 求解方法
• 3.3 燃烧系统流动与燃烧过程的数值模拟研究
• 3.3.1 中心平面压力场分布
• 3.3.2 流场分布
• 3.3.3 速度场分布
• 3.3.4 温度场分布
• 3.3.5 CO浓度场分布
• 2浓度场分布'>3.3.6 中心平面CO₂浓度场分布
• 3.4 本章小结
• 4 燃烧系统参数对燃烧过程影响的数值模拟研究
• 4.1 预热温度对燃烧过程的影响
• 4.1.1 空气预热温度对燃烧过程的影响
• 4.1.2 煤气预热温度对燃烧过程的影响
• 4.2 富氧浓度对燃烧过程的影响
• 4.2.1 富氧浓度对燃烧温度的影响
• 4.2.2 富氧浓度对一氧化碳含量的影响
• 4.2.3 富氧浓度对燃烧生成物的影响
• 4.2.4 富氧浓度对烟气质量流量的影响
• 4.3 过量空气系数对燃烧过程的影响
• 4.3.1 过量空气系数对一氧化碳浓度的影响
• 4.3.2 过量空气系数对燃烧温度的影响
• 4.3.3 过量空气系数对二氧化碳浓度的影响
• 4.4 蓄热体对燃烧过程的影响
• 4.4.1 无蓄热体结构下煤气燃烧过程的数值模拟研究
• 4.4.2 两种蓄热体结构下煤气燃烧过程的数值模拟研究
• 4.5 喷口角度对低热值煤气燃烧过程的影响
• 4.5.1 喷口角度对燃烧温度场的影响
• 4.5.2 喷口角度对X方向速度场的影响
• 4.6 燃烧系统参数的优化
• 4.6.1 燃烧系统参数优化研究方案
• 4.6.2 计算结果分析
• 4.7 本章小结
• 5 低热值煤气燃烧过程的实验研究
• 5.1 实验台的搭建以及装置的布置
• 5.1.1 实验台的搭建
• 5.1.2 热电偶以及烟气采集装置的布置
• 5.2 实验步骤
• 5.3 实验装置的标定与调试
• 5.3.1 实验仪器的标定
• 5.3.2 装置的调试
• 5.4 低热值煤气燃烧过程实验研究
• 5.4.1 实验现象
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.5 数值模拟结果与实验研究结果的对比分析
• 5.5.1 初始条件的设定
• 5.5.2 对比分析
• 5.6 本章总结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集