【平直炉胆燃烧研究2600字】

平直炉胆燃烧研究 1 1 1 2 平直炉胆如图3-1所示，此结构出现最早且仍在使用，长6000mm,炉胆直径1200mm,回燃室直径2000mm,耗气量770Nm³/h。对比非结构网格和结构网格，结构网格节点的分布规精度降低，为保证计算精度，采用非结构网格划分。平直炉胆虽可采用结构网格划分，但为了减少网格划分带来的计算误差，两种炉胆均采用非结构网格。首先对网格进行无关性验证，波纹炉胆结构比平直炉胆复杂，因此以波纹炉胆网格的无关性验证覆盖平直炉胆。四种网格数量分别为29万、52万、91万和179万，以炉胆壁面温度为参考数据，记录四种不同网格数量下的模拟结果，如图3-2所示。29万网格数量中的炉壁温度为565℃,52万网格数量中的炉壁温度为607℃,91万网格数量中的炉壁温度为603℃,179万网格数量中的炉壁温度为605℃。91万网格数量下，与相邻两种网格数量的炉壁温度误差在1%以内，综合各因素，选择91万网格。在平直炉胆网格划分中，为降低网格数量不同带来的数值模拟误差，将网格数量控制在91万左右，图3-3为网格划分示意图。600温度580网格数量田1.3模拟工况说明与设置(1)工况说明本文采用的燃烧器为非预混燃料喷入方式，入口直径为400mm,燃料为天然采用满负荷运行工况，耗气量为770Nm³/h,通过耗气量计算得到燃料入射速度为5m/s,助燃风入射速度为21m/s,过量空气系数为1.15。(2)边界条件设置甲烷在天然气中占93%以上，忽略天然气中其他微量介质对燃料的影响。入□设置为速度入口，燃料入□f值设定为1,空气入□f值设定为0。出口设置为压力出口，忽略引风机和烟管等因素对出口压力的影响，设定压力为1000Pa,壁面设置为非绝热，入口温度设置为室温293K。(3)判断收敛的标准数值计算通过迭代法求解，方程式收敛时，理论监测速度、压力、温度和成分等变化情况，如果变化幅度极小，符合设定要求，敛的条件是能量方程的残差达到10e-6数量级，同时要求出口温度趋于稳定。按照前文提到的计算方法和模型设置，通过Fluent软件对炉胆内的燃烧情况进行数值模拟，获得初始模型下具体的燃烧状况，包括燃烧过程的速度矢量(1)速度场分析炉胆模型中出口、入口和炉壁结构的对称线在同一平面图3-4为平直炉胆的速度云图和速度矢量图，图中速度单位为m/s,颜色越处的气流速度在高速助燃空气和燃气扩散作用下，达到最高19m/s的速度，在转角处，气流向炉胆中心线折回流动，紊流加强，燃气和空气混合作用增强。随着燃烧的加强，燃料剧烈消耗，气体快速膨胀，热气流向上方运动，从速度云图和矢量图中可以看到炉胆上部速度较快。在距离入□1.3m与4.5m之间，燃烧稳定后的气流速度变得平稳，没有很大的波动，冲刷炉壁的烟气速度约为23m/s。燃烧后的烟气向出口处靠拢，随着流通空间的缩小，烟气速度越来越大，在出口处达到约为90m/s的速度。回燃室主要的作用是稳定烟气压力，由于本文中不考虑烟管、工况波动等因素对烟气出口处压力和速度稳定性的影响，回燃室的实际作用未完全体现。(2)温度场、CH4浓度场分析根据天然气和空气在燃烧器喷入炉胆前的混合情况，将燃烧分为三种方式581:有焰燃烧、无焰燃烧和半无焰燃烧。如果天然气和空气分别送入炉胆，在炉胆中边混合边燃烧，属于扩散燃烧，这种情况下的燃烧火焰较长，有明显轮廓，为有焰燃烧；如果天然气和空气在进入炉胆前混合均匀，燃烧速度取决于着火和燃烧反应速度，属于动力燃烧，火焰短且透明，没有明显火焰轮廓，为无焰燃烧；如果进入炉胆前天然气和空气部分混合，为半无焰燃烧。在工业锅炉中常采用非预混燃烧，具有稳定燃烧范围、燃料与空气比的变化范围广和不产生回火等优点。实际运行中根据不同需求，可充分利用废气余热将空气、燃料预热至较高温度，且不受着火温度限制。参考模型实际运行中未考虑图3-5为平直炉胆的温度场与CH4浓度场，平直炉胆模型中的燃烧为有焰燃炉胆壁面处的烟气温度最高为595℃,火焰最高温度约为1650℃,出口处烟气温度约为1325℃。制造厂家提供的资料：炉胆壁面处的烟气温度600℃左右，火焰温度大约为1690℃、烟气温度大约为1197℃。模拟得到的结果和实际运行的数据误差最大为9.7%,误差在10%以内。图3-6为平直炉胆的NO浓度场，指标单位为质量分率。天然气锅炉中生成的氮氧化物以热力型NOx为主，其中大部分氮氧化物为NO,本文在NOx排放与温度几乎成指数关系，同时受N2浓度和O₂浓度以及停留时间影响。对应温度场，高温区对应着高的NO生成速率，与生成理论符合。随着燃烧