低熱值煤層氣燃燒器結構設計及優(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)應用價值和學術意義。
　　在總結直流燃燒器和旋流燃燒器優(yōu)缺點的基礎上，針對低熱值煤層氣的特點，設計了適合低熱值煤層氣的燃燒器。參閱燃氣燃燒器設計手冊以及相關

2、參考文獻對燃燒器進行結構尺寸設計，借用fluent數(shù)值模擬軟件對燃燒器進行結構優(yōu)化，得到最佳的旋流風量與直流風量的搭配比例以及燃氣管中導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，分析了直流風量與旋流風量搭配比例以及導流葉片傾角、數(shù)目對流場、溫度場的影響，結果表明：旋流風所占比例為20%、直流風為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，而且甲烷質量分數(shù)沿中心軸線下降快，燃燒完全。優(yōu)化設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)化設計后的燃燒器在20%、60%、80%、100%熱負荷下均能穩(wěn)定燃燒，不脫