低熱值煤層氣燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化的研究.pdf

1、甲烷體積濃度在30％左右的煤層氣由于熱值低，利用難度較大，在循環(huán)流化床中和煤矸石混燒或者直接應(yīng)用于蒸汽鍋爐時，采用常規(guī)燃燒器常表現(xiàn)出煤層氣燃燒不穩(wěn)定、火焰穿透性不夠等情況，造成了燃燒效率低、污染物排放量大、運行不穩(wěn)定等問題。因此，研究和開發(fā)適合低熱值煤層氣的燃燒器具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值和學(xué)術(shù)意義。
　　在總結(jié)直流燃燒器和旋流燃燒器優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，針對低熱值煤層氣的特點，設(shè)計了適合低熱值煤層氣的燃燒器。參閱燃氣燃燒器設(shè)計手冊以及相關(guān)

2、參考文獻對燃燒器進行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，借用fluent數(shù)值模擬軟件對燃燒器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到最佳的旋流風(fēng)量與直流風(fēng)量的搭配比例以及燃氣管中導(dǎo)流葉片的最佳傾角和葉片數(shù)目，并進一步分析對比了改進前和改進后兩種燃燒器的優(yōu)缺點；將優(yōu)化設(shè)計后的燃燒器制作加工，實驗研究了低熱值煤層氣燃燒器的冷態(tài)流動和熱態(tài)燃燒特性，考察了燃燒器阻力損失隨負荷的變化情況、旋流強度和過量空氣系數(shù)的關(guān)系、燃燒器火焰特性以及溫度場的分布情況等。
　　采用通用有限速率模型、

3、Realizable k-ε湍流模型、P-1輻射換熱模型對燃燒器進行了三維數(shù)值模擬，分析了直流風(fēng)量與旋流風(fēng)量搭配比例以及導(dǎo)流葉片傾角、數(shù)目對流場、溫度場的影響，結(jié)果表明：旋流風(fēng)所占比例為20%、直流風(fēng)為80%為最佳配比工況。此工況下氣流不僅具有很強的噴射強度，能改善射流后期火焰剛度，而且具有很強的旋流強度，能提高噴口出口燃氣和助燃空氣的混合度，對燃氣的穩(wěn)燃和燃盡非常有利；燃氣管中導(dǎo)流葉片傾角為60度，葉片數(shù)目為6時，不僅有利于燃燒器噴口

4、的保護，而且甲烷質(zhì)量分數(shù)沿中心軸線下降快，燃燒完全。優(yōu)化設(shè)計后的燃燒器溫度沿中心軸線比改進前的燃燒器上升快，溫度峰值離噴口更近，穩(wěn)燃效果優(yōu)于原燃燒器。
　　冷態(tài)流動實驗研究表明：隨著負荷的增加，燃氣管、直流空氣管、旋流空氣管壓力損失不斷增大，燃燒器噴口出口中心處旋流強度也隨著增加。在相同負荷下，旋流強度不隨過量空氣系數(shù)的改變而變化。熱態(tài)燃燒實驗研究表明：優(yōu)化設(shè)計后的燃燒器在20%、60%、80%、100%熱負荷下均能穩(wěn)定燃燒，不脫