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煤粉富氧燃烧和新型富氧燃烧器直接点火技术及数值研究

作　者: 郭风
导　师: 赵虹；周永刚；翁善勇
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 富氧 直接点火 燃烧器 空气动力场 数值研究
分类号: TK229
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 655次
引　用: 4次
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内容摘要


能源和环境是制约人类发展的重大问题，节约能源和保护环境已经成为世界可持续发展所面临的重要问题。煤粉的富氧燃烧和富氧直接点火是整体节约能源和保护环境的有效能源利用方式。本文围绕煤粉富氧燃烧试验和新型富氧燃烧器煤粉直接点火技术的数值试验研究，理论结合实际，对整个煤粉富氧燃烧和富氧直接点火的几个关键性问题进行了研究。煤粉富氧直接点火过程是一种特殊的富氧燃烧方式，因此本文所做的研究在煤粉富氧燃烧的基础上加以展开。利用卧式炉对煤粉在富氧气氛下的燃烧进行了试验研究，同时对煤粉在富氧条件下的燃烧特性变化作了数值研究。在富氧气氛下，煤粉的燃烧具备更加充足的氧量，提高了煤粉的燃烧速率，炉内温度场水平升高，燃料燃烧更加完全；另一方面，煤粉在富氧气氛下燃烧，烟气中CO的含量减小，NOx含量随富氧程度呈现出先增大后减小的变化规律，SO2含量一般呈增大趋势。在富氧燃烧卧式炉试验的基础上，进一步研究新型富氧燃烧器的直接点火技术。煤粉富氧直接点火的技术核心主要分为两个方面，即燃烧器本身结构和点火工况条件。本文首先对新型富氧燃烧器的冷态空气动力场进行研究。利用空气动力场试验和数值计算方法，对影响富氧燃烧器空气动力场的钝体位置、一次风量、夹心风和周界风以及各种配风方式相结合的情形等几个关键性因素展开了研究。在富氧直接点火过程中，燃烧器出口附近的氧浓度场对点火具有非常重要的影响。论文通过组分运输计算模型研究了局部富氧条件下氧浓度的分布规律，从氧气的对流和扩散两个基本角度出发，创新性地提出了对于煤粉富氧直接点火的合理的氧气与煤粉气流的混合过程及合理的氧浓度场分布结构。煤粉富氧直接点火属于强迫点火，为非稳态燃烧过程，但点火是否能够成功则取决于点火后煤粉气流是否能够稳定燃烧。因此通过稳态富氧燃烧的数值研究来研究直接点火技术是一种有效的手段。论文创新性地运用EBU计算模型，通过研究新型富氧燃烧器稳定燃烧时的几个关键性因素，包括煤粉浓度、富氧点火方式及氧浓度、一次风量等，进一步研究煤粉富氧直接点火的最佳工况条件；并通过不同钝体位置的富氧喷嘴来研究其稳燃性能上的差别。由于富氧燃烧器具备点火和正常运行燃烧器的双重功能，论文还研究了对点火后喷嘴正常运行时投运夹心风对燃烧的影响，提出了解决喷嘴带火的办法。通过以上几方面的研究，提出对于煤粉富氧直接点火的合理工况参数范围及富氧点火方式，为点火工程实践提供参考性建议。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-23
  1.1 世界能源及煤炭发展现状  10-12
    1.1.1 世界能源及煤炭发展现状  10-11
    1.1.2 我国能源及煤炭发展现状  11-12
  1.2 研究煤粉富氧燃烧的背景和意义  12-13
  1.3 研究煤粉富氧直接点火技术的背景和意义  13-17
    1.3.1 等离子点火  14-15
    1.3.2 微油点火  15
    1.3.3 小油枪点火  15-16
    1.3.4 高温空气点火  16
    1.3.5 煤粉富氧直接点火  16-17
  1.4 研究气固两相流流动以及燃烧的数值模拟技术  17-19
  1.5 本文研究内容及其方法  19-21
  参考文献  21-23
第二章 煤粉气固两相流流动和燃烧数值模拟方法概述  23-32
  2.1 引言  23
  2.2 研究煤粉气固两相流的基本湍流模型  23-25
    2.2.1 标准k-ε模型  23
    2.2.2 重整化群(RNG)k-ε模型  23-24
    2.2.3 可实现k-ε模型  24-25
    2.2.4 离散相模型  25
  2.3 研究煤粉气固两相流的基本燃烧模型  25-30
    2.3.1 煤粉颗粒的热解模型  26-27
    2.3.2 焦炭表面燃烧模型  27
    2.3.3 辐射模型  27-28
    2.3.4 煤粉燃烧的湍流燃烧模型  28-30
  2.4 本章小结  30-31
  参考文献  31-32
第三章 富氧燃烧的卧式炉试验及数值研究  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 卧式炉结构及试验仪器设备  32-33
  3.3 煤粉富氧燃烧试验及数值研究  33-41
    3.3.1 试验工况及试验煤种分析  33-34
    3.3.2 计算区域网格划分、及计算模型  34-35
    3.3.3 流场  35
    3.3.4 温度场  35-39
    3.3.5 炉内尾部烟气成分分析  39-41
  3.4 本章小结  41-43
  参考文献  43-44
第四章 新型富氧直接点火燃烧器冷态数值试验研究  44-65
  4.1 引言  44
  4.2 新型燃烧器基本结构及计算模型  44-45
    4.2.1 新型富氧燃烧器结构  44-45
    4.2.2 计算区域、网格划分及计算模型  45
  4.3 钝体位置对喷嘴附近空气动力场的影响  45-50
  4.4 不同配风方式对喷嘴出口附近空气动力场的影响  50-59
    4.4.1 一次风对空气动力场的影响  50-53
    4.4.2 夹心风对空气动力场的影响  53-58
    4.4.3 周界风对空气动力场的影响  58-59
  4.5 对氧浓度场的数值研究  59-62
  4.6 本章小结  62-64
  参考文献  64-65
第五章 新型富氧直接点火燃烧器热态数值研究  65-84
  5.1 引言  65
  5.2 网格计算模型  65-66
  5.3 煤粉浓度对燃烧的影响  66-69
  5.4 富氧方式和氧浓度对燃烧的影响  69-74
    5.4.1 局部富氧方式  70-72
    5.4.2 整体富氧方式  72-74
  5.5 一次风量对煤粉燃烧的影响  74-77
  5.6 不同钝体位置对燃烧的影响  77-79
  5.7 夹心风对燃烧的影响  79-81
  本章小结  81-83
  参考文献  83-84
第六章 全文总结及展望  84-88
  6.1 全文总结  84
  6.2 富氧燃烧的卧式炉试验及数值研究  84
  6.3 新型富氧直接点火燃烧器冷态数值试验研究  84-85
  6.4 新型富氧直接点火燃烧器热态数值研究  85-87
  6.5 展望  87-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 各种类型锅炉
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