低热值高温煤气燃烧器流场冷态试验及模拟研究

【摘要】：高温烟气在钢铁、水泥、冶金等行业应用广泛,针对高温烟气发生工艺以及工业窑炉难以利用劣质煤的现状,煤燃烧试验室开发了结合流化床煤气化以及流化床燃烧技术的超高温烟气发生工艺,本文对工艺过程进行了描述,针对低热值高温煤气和高温含氧烟气的特点,设计了适用于此工艺的一种套筒式旋流燃烧器,在冷态模型台架上完成对各工况下燃烧器旋流流场的测量,用工程模拟软件Fluent模拟三维热态燃烧,以得到燃烧器的优化设计,以适应超高温烟气发生工艺在回转窑煅烧生产中的需求。 低热值高温煤气燃烧器是整个超高温烟气发生工艺的关键部件之一,由于该工艺的设备较多、系统复杂,产生的煤气和烟气均在900℃左右,不宜用结构过于复杂的三通道或多通道燃烧器,在满足燃烧效果和系统安全的前提下,设计了加装旋流叶片式的套筒式燃烧器形式,并根据冷态模化原理计算结果,建造燃烧器冷态测量系统。试验采用五孔探针测量系统进行测试,得到了不同旋流叶片角度、数量、位置,以及不同内外质量流量比等各个工况下轴向、切向、径向速度的变化情况,最终分析得出旋流叶片的角度和位置对改变旋流流场的状况影响最为明显。 实际工况中,原料气体在以回转窑为燃烧室的燃烧状况,是直接关系工艺最终实现的关键。本文结合具体项目,根据冷态流场测量得到的最佳设计参数,用Gambit软件进行三维立体建模并划分网格,采用CFD工程模拟软件Fluent进行高温煤气在以回转窑为燃烧室内燃烧特性模拟,包括温度场、速度场以及压力场等。模拟得到的火焰温度为1780K,即1503℃,最高速度为194m/s,在煤气与烟气混合出口处,与设计值相当接近,窑头部分维持在负压,约-336Pa。模拟得到的燃烧情况能够满足回转窑煅烧生产需要。 【关键词】：超高温烟气 低热值高温煤气 旋流燃烧器 五孔探针 冷态流场 热态模拟
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK223.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 煤气化的进展及超高温烟气发生技术9-12
• 1.3 回转窑及窑用燃烧器12-15
• 2 窑用燃烧器原型及冷态模化试验设计15-26
• 2.1 窑用低热值高温煤气燃烧器原型设计15-20
• 2.2 窑用低热值高温煤气燃烧器冷态模化设计20-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 燃烧器冷态流场测量试验及结果分析26-43
• 3.1 燃烧器冷态试验台架介绍26-27
• 3.2 测量仪器27-31
• 3.3 测点布置及测量方法31-33
• 3.4 试验结果及分析33-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 回转窑内燃烧器三维热态数值模拟43-60
• 4.1 模拟软件介绍43-44
• 4.2 回转窑用燃烧器三维热态数值模拟44-48
• 4.3 数值模拟结果分析48-58
• 4.4 模拟优化设计58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 研究结论与展望60-62
• 5.1 主要工作及结论60-61
• 5.2 后续工作及展望61-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-67

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