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周向浓淡旋流燃烧器空气动力场的试验研究及数值模拟

作　者: 魏宏大
导　师: 李争起
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 旋流燃烧器 结渣 空气动力场 回流区 数值模拟
分类号: TK223.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


哈尔滨锅炉厂引进英国MBEL公司(英巴)公司技术的周向浓淡旋流燃烧器,前后墙对冲布置。在锅炉实际运行中出现了燃烧器附近水冷壁结渣的问题。针对这个问题,结合周向浓淡旋流燃烧器的工作原理,从试验和数值模拟两方面分析产生这些问题的可能原因,建立冷态模化试验台,通过试验和数值模拟的研究,力求寻找可行性方案。在对周向浓淡旋流燃烧器空气动力场试验结果中可以看出,中心回流区分布均不对称,原燃烧器模型当燃烧器中心风率为设计值时,中心回流区起始于燃烧器喷口内,在一次风与内二次风喷口延长线之间,煤粉易在燃烧器预混段内着火燃烧。原燃烧器模型一次风与二次风混和过早,造成携带煤粉的一次风被旋转的中心风和二次风带动旋转,在经过预混段后进入炉膛,易被甩到水冷壁上,造成燃烧器喷口及周围水冷壁的结渣。试验中射流扩展角最大为90°,乙二醇烟雾示踪试验表明各结构的外二次风扩展角差别不大,均在60°左右,不存在气流飞边的现象。将内二次风喷口向炉内推进使得中心回流区逐渐变小,当推进至外二次风扩口后端时中心回流区最小,中心回流区减小则卷吸的高温烟气量也相应减小,有利于减少燃烧器喷口结渣。从周向浓淡旋流燃烧器空气动力场模拟结果中可以得出,通过中心线回流区分布不对称的原因是一次风与燃烧器中心线偏离一定距离切向进入,切向速度沿圆周方向分布不对称,导致整个流场的分布不对称,从而产生了中心回流区分布不对称这一现象。从原型燃烧器喷口处轴向、切向、径向速度分析可知,原型燃烧器喷口结渣的原因同样是一次风在旋转的中心风和内二次风的带动下旋转运动并不断向喷口四周扩散,造成一次风携带的颗粒被甩到燃烧器喷口和水冷壁上,从而造成结渣。切向速度差别不大,原型燃烧器模拟的结构轴向速度衰减的最快,径向速度最大,最容易结渣,而将内二次风喷口向炉内推进,径向速度的绝对值最小,有利于减少结渣,但是不能根除结渣,模拟中同样发现不存在气流飞边的现象。周向浓淡旋流燃烧器空气动力场试验和模拟结果分析,找到了燃烧器附近水冷壁结渣的部分原因,并提出了解决方案,在工程实践中具有一定的指导意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 煤粉燃烧技术的研究意义  9-13
    1.2.1 我国的煤粉燃烧技术发展  9-11
    1.2.2 煤粉燃烧产生的环境问题  11
    1.2.3 煤粉燃烧产生的结渣问题  11-13
  1.3 旋流煤粉燃烧器的类型  13-18
    1.3.1 普通型旋流燃烧器  13-14
    1.3.2 分级型旋流燃烧器  14-15
    1.3.3 浓缩型旋流燃烧器  15-18
  1.4 课题来源及研究内容  18
  1.5 本章小结  18-19
第2章 1956t/h 电站锅炉概况及燃烧器工作特性  19-24
  2.1 1956t/h 电站锅炉概况  19-22
  2.2 周向浓淡旋流燃烧器的结构及原理  22-23
  2.3 周向浓淡旋流燃烧器出现的问题  23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 实验室燃烧器模型及实验系统  24-36
  3.1 实验系统及实验原理  24-27
    3.1.1 实验系统  24-25
    3.1.2 笛形管测量原理及其标定  25-27
  3.2 燃烧器模化原理  27-34
    3.2.1 模化原理的必要性  27
    3.2.2 几何模化  27-28
    3.2.3 自模化区  28
    3.2.4 动量模化  28-30
    3.2.5 实验模型参数的计算  30-34
  3.3 实验工况排定  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 周向浓淡旋流燃烧器的空气动力场试验  36-45
  4.1 周向浓淡旋流燃烧器飘带试验分析  36-39
  4.2 周向浓淡旋流燃烧器烟雾示踪试验分析  39-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场的数值模拟  45-61
  5.1 FLUENT 软件介绍  45-47
    5.1.1 FLUENT 软件的结构及计算流程  45-46
    5.1.2 FLUENT 软件的求解器和边界条件  46
    5.1.3 FLUENT 软件的模型  46-47
    5.1.4 FLUENT 软件的特点  47
  5.2 FLUENT 软件应用情况  47-48
  5.3 气相湍流模型  48-49
    5.3.1 微观模拟  48-49
    5.3.2 概率密度函数模拟  49
    5.3.3 统观模拟  49
  5.4 本文所采用的模型和条件  49-54
    5.4.1 本文所采用的模型  49-52
    5.4.2 边界条件  52-53
    5.4.3 工况排定  53-54
  5.5 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场数值模拟分析  54-60
    5.5.1 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场数值模拟与试验对比  54-56
    5.5.2 周向浓淡旋流燃烧器速度场分析  56-60
  5.6 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-71
致谢  71

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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 > 锅炉构造 > 燃烧装置 > 燃烧器
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