浅谈多段式自预热燃烧器设计、模拟及实验-设计

论文导读：及实验探讨工作。首先，总结了各种新型燃烧技术及其原理，设计了基于烟气回流预热空气及燃料的多段式自预热燃烧器，提出几种典型预热室结构案例。并根据其特殊结构，在经过设计计算和案例优化后，确定了整个实验系统的设计案例，包括工业锅炉本体、鼓引风系统、冷却系统、测量系统、数据采集处理系统和制约及报警系统共六部分，最后
摘要：本课题以低热值燃料的洁净高效利用为背景，结合无焰燃烧的技术优势和实现途径，设计了一种适应高炉煤气的多段式自预热燃烧器及其实验测试系统，并对其进行了包括冷态流场、压力及热态燃烧、排放特性的CFD数值模拟及实验探讨工作。首先，总结了各种新型燃烧技术及其原理，设计了基于烟气回流预热空气及燃料的多段式自预热燃烧器，提出几种典型预热室结构案例。并根据其特殊结构，在经过设计计算和案例优化后，确定了整个实验系统的设计案例，包括工业锅炉本体、鼓引风系统、冷却系统、测量系统、数据采集处理系统和制约及报警系统共六部分，最后根据此案例建立了实验系统。其次，进行了多段式自预热燃烧器相关的数值模拟工作。浅析了基本制约方程、湍流模型、化学组分输运和反应模拟策略、辐射模型和NOx形成模型的论述基础与分类，并采取参考文献及比较的策略选取了适合本探讨的模型方程。描述了本探讨采取的边界条件和选择的物性参数，以及本探讨中初始化及最终计算结果的收敛判定准则，并给出了烟气卷吸率的论述及计算策略。根据所设计燃烧器的不同燃烧室、预热室结构，建立了各种物理模型，并选择合适的网格划分策略。对燃烧室、预热室分别进行流动及传热、燃烧探讨，得到了最佳燃烧室半径长度比，并比较浅析了不同预热室结构时，烟气卷吸率、燃烧温度场、燃烬率和NOx生成量。以数值模拟角度验证了利用该燃烧器时实现低热值燃料无焰燃烧的可行性。最后，进行了多段式自预热燃烧器实验探讨工作。在冷态实验中，测量采取多段式自预热燃烧器与传统燃烧器时燃烧室内的速度分布与压力分布；观察气体射流回流区；浅析流动、卷吸规律。热态试验中，测量燃烧室内的温度分布；获得不同结构燃烧器、不同负荷工况、不同过量空气系数工况下燃烧时，燃烧温度场分布特性。最后，结合数值模拟结果，对燃烧器利用中的燃烧特性及污染物排放特性进行综合比较，并得出最后结论：本燃烧器的设计使高炉煤气实现了无焰燃烧，满足了高效低污染燃烧的目的，证明了利用本燃烧器进行无焰燃烧特性探讨的可行性，为今后更加深入和细致的探讨奠定了论述与实验基础。关键词：低热值燃料论文无焰燃烧论文多段式自预热燃烧器论文数值模拟论文实验探讨论文
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ABSTRACT6-11
第一章 绪论11-18

1.1 课题探讨背景及作用11-12

1.2 低热值燃料运用近况及浅析12-16

1.3 本课题主要探讨内容16-18

第二章 新型燃烧技术及原理18-26

2.1 旋流燃烧18-19

2.2 富氧燃烧19-20

2.3 分级燃烧20-21

2.4 流化床燃烧21-22

2.5 火焰冷却燃烧22

2.6 燃气轮机 DLN 燃烧22-23

2.7 无焰燃烧23-25

2.7.1 探讨近况23-24

2.7.2 常规实现手段24

2.7.3 蓄热式系统缺陷24-25

2.8 小结25-26

第三章 多段式自预热燃烧器设计26-31

3.1 设计依据26-28

3.2 典型结构28-29

3.3 技术优势29-30

3.4 小结30-31

第四章 数值模拟探讨31-49

4.1 数学模型31-37

4.

1.1 制约方程31-36

4.

1.2 边界条件及物性参数36

4.

1.3 初始化及收敛判定36

4.

1.4 工况设置36-37

4.

1.5 相关量定义及计算37

4.2 物理模型37-41
4.

2.1 燃烧室37-38

4.

2.2 预热室38-40

4.

2.3 网格划分40-41

4.3 冷态模拟结果41-42
4.

3.1 压力与速度41

4.

3.2 烟气卷吸率41-42

4.4 热态模拟结果42-47

4.1 传统燃烧器42-43

4.2 预热室隔板数对预热及燃烧效果影响43-44

4.3 预热室换热管布置对燃烧及排放的影响44-47

4.5 小结47-49

第五章 实验探讨49-64

5.1 多段式自预热燃烧器实验测试系统49-53

5.

1.1 燃烧器49-50

5.

1.2 实验炉50-51

5.

1.3 实验系统51-53

5.2 冷态探讨53-57
5.

2.1 实验目的53

5.

2.2 实验测试策略53-54

5.

2.3 实验工况54-55

5.

2.4 实验结果与浅析55-57

5.3 热态探讨57-62
5.

3.1 实验目的57

5.

3.2 实验测试策略57-58

5.

3.3 实验工况58-59

5.

3.4 实验结果与浅析59-62

5.4 小结62-64
总结与展望64-67
参考文献67-71
致谢71-72
附录（攻读学位期间所取得的学术成果）72-73
详细摘要73-79