基于无焰燃烧的燃油锅炉节能改造研究

【摘要】：随着国际能源形势日趋紧张,如何节约能源使能源得到充分有效利用成为人类面临的一个重要课题。小型燃油锅炉由于操作维护方便而得到广泛应用,提高其热效率将会降低运行成本。本文针对一台小型立式燃油热水锅炉存在炉膛受热不均,换热不充分,排烟温度较高而导致热效率较低的问题,结合无焰燃烧气流组织方式,设计了在炉膛安装燃烧反应器对其进行节能改造的方案。 搭建了锅炉热平衡实验台对改造前后的锅炉热效率进行测试,采用Eular—Lagrange方法处理柴油的燃烧过程,气相湍流采用带旋流修正的Realizable k -ε双方程模型,湍流燃烧采用基于混合物分数的简化PDF燃烧模型,气相辐射采用DO模型,液滴运动采用随机轨道模型,借助FLUENT6.3软件平台对改造前后的锅炉燃烧换热过程进行了模拟计算。数值计算和实验结果吻合较好。分析结果表明,通过在炉膛安装燃烧反应器,增加了热烟气在炉内的停留时间,热烟气在反应器内形成回流,稀释了反应区反应物浓度,形成高温低氧氛围,促进了燃油的着火燃烧,燃烧反应发生在整个反应器空间,同时燃烧反应器壁面可以起到辐射壁的作用,通过将高温烟气的对流换热和辐射换热转换为固体辐射热向水冷壁传递,强化了炉膛的辐射换热,并且使水冷壁受热均匀,出口水流较为平稳,排烟温度明显降低,热效率得到显著提升,从而为工业企业节能提供了一条有效途径。 【关键词】：无焰燃烧 热辐射 热效率 数值模拟
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK229.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 研究背景8
• 1.2 无焰燃烧的形成机理及国内外研究现状8-15
• 1.3 本文研究内容及研究方法15-17
• 参考文献17-20
• 第2章 立式燃油锅炉节能改造实验研究20-40
• 2.1 引言20
• 2.2 燃油的燃烧过程20-21
• 2.3 原锅炉结构分析21-22
• 2.4 改造方案22-23
• 2.5 燃烧反应器强化换热的理论分析23-26
• 2.6 立式燃油锅炉的热平衡对比实验26-34
• 2.6.1 实验设备27-29
• 2.6.2 实验方法29
• 2.6.3 热平衡实验分析29-34
• 2.7 污染物排放分析34-37
• 2.8 本章小结37-38
• 参考文献38-40
• 第3章 燃油锅炉燃烧换热的数学模型40-51
• 3.1 引言40-41
• 3.2 连续相控制方程41-43
• 3.2.1 连续性方程41
• 3.2.2 动量方程41
• 3.2.3 能量方程41-42
• 3.2.4 湍流方程42-43
• 3.3 离散相控制方程43-47
• 3.3.1 随机轨道模型43-44
• 3.3.2 连续相和离散相相互作用模型44-45
• 3.3.3 离散相传热传质模型45-46
• 3.3.4 离散相液滴尺寸分布46
• 3.3.5 离散相的边界条件46-47
• 3.4 简化的PDF 燃烧模型47-48
• 3.5 辐射模型48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 参考文献50-51
• 第4章 燃油锅炉燃烧换热过程的数值模拟51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 物理模型51-53
• 4.3 网格划分与边界条件53
• 4.4 求解方法53-55
• 4.5 温度场分析55-57
• 4.6 组分浓度场分析57-59
• 4.7 数值模拟与实验结果的对比59-60
• 4.8 本章小结60-62
• 参考文献62-63
• 第5章 结论与展望63-64
• 致谢64-65
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果65

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