富氢生物质气化气燃烧器结构设计及燃烧特性研究

摘要

利用生物质气化技术将能量储量巨大的生物质能转化为清洁燃气将成为未来能源供应的一种重要途径。未来能源中，氢气将会成为清洁能源的主要代表，而通过生物质气化技术可以得到富含氢气的燃气。因此研究开发适合富氢生物质气化气燃烧的专用燃烧器对改善能源结构、减少环境污染及温室效应的控制具有重要意义。
　　本文针对富氢生物质气化气的特性，设计了额定热负荷为170kW的双旋流扩散式燃烧器，并研究了不同配风比及结构参数对该燃烧器流动特性的影响规律。研究表明：在内环空气量占总风量70％时，燃烧室流场分布最合理；增加隔离环板尺寸可以强化中心回流区回流能力。随后进行的流动特性实验表明：燃烧器各部件中，内环旋流空气管流动阻力最大，其次为燃气导流管，外环旋流空气管最小，过量空气系数大于1.1时，燃气管的压力损失随过量空气系数增大而减小；过量空气系数对轴向速度轴向分布影响较大，径向分布影响较小，1.1时中心回流区尺寸及回流能力达到最大值。
　　对该燃烧器的温度场分布、可燃组分浓度分布及NOX的排放进行了数值模拟研究。结果表明：内环空气量占总风量70%，隔离环板与钝体直径分别为48mm和34mm时，燃烧室温度分布最均匀；增加燃气中H2和CO的含量将分别加快和降低燃气的燃烧速率，减小和增加高温区的范围，而增加CH4的含量,对燃气燃烧速率和高温区范围影响不大；改变隔离环板尺寸、过量空气系数及可燃组分含量均将对NOX的排放产生显著影响，而改变钝体尺寸及热负荷，对NOX的排放影响较小，隔离环板直径为48mm，过量空气系数为1.1时，NOX的生成量最小。
　　通过数值模拟及实验研究得到了生物质气化气双旋流燃烧器的流动特性及燃烧特性，为富氢生物质气化气的燃烧利用奠定了理论与技术基础。

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主要符号表

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2生物质气化气研究现状

1.3燃气燃烧器研究进展

1.4课题主要研究内容和方法

2 生物质气化气燃烧器的设计

2.1燃烧器负荷

2.2进气参数设计

2.3燃烧器结构设计

2.4小结

3 生物质气化气燃烧器流动特性研究

3.1燃烧器流场分布的数值模拟

3.2燃烧器流动特性实验研究

3.3小结

4 生物质气化气燃烧器燃烧特性研究

4.1燃烧器模型及求解方法

4.2燃烧特性数值分析

4.3小结

5 结论及建议

5.1结论

5.2建议

致谢

参考文献

附录