拉萨地区气候条件下燃气壁挂炉燃烧及换热性能研究

摘要

西藏自治区属于采暖地区，但由于经济、能源和交通等限制因素，拉萨市长期以来一直没有形成具有规模性的供暖设施和合理高效的供暖方式，也没有统一的供热发展规划。近年来，随着党和国家对西藏地区人民群众生活水平的重视以及经济的发展，在“十二五”期间，西藏自治区将以拉萨市为试点单位，大力开展城市供暖的建设。随着西藏自治区供暖工程的实施，大量供暖项目将采用燃气壁挂炉作为热源，但拉萨地处青藏高原，年平均大气压相当于平原地区的64％，每立方米空气中氧气含量只相当于平原地区的62%至65.4%，这必然会对燃气壁挂炉在拉萨地区的使用产生一定的影响。
　　本文针对燃气壁挂炉在拉萨地区气候条件下的燃烧和换热性能开展了研究，其中第二至五章为主体章节。
　　第二章主要从燃气壁挂炉的结构特点入手，介绍了燃气壁挂炉的系统结构，从理论上分析其燃烧和传热过程，并分析了大气压和空气中含氧量（质量分数）的降低对壁挂炉的实际燃烧及换热性能中一次空气系数、过剩空气系数、燃烧温度、燃烧速度、烟气中污染物的排放、换热系数的影响。
　　第三章选取某同一品牌、热功率大小不同的两台燃气壁挂炉，对其在平原地区和拉萨地区两种气候条件下进行了额定热输入和部分（30%）热输入下的实际性能测试，并对测试数据进行了分析。在额定热输入条件下，额定热输出功率为18kW及28.1kW的燃气壁挂炉在三种不同供回水温度（80/60℃，55/45℃，50/40℃）下的平均热输出功率因拉萨地区气候条件的影响而分别降低了23.6%和27.3%，平均热效率分别降低了1.1%和3.2%；在部分热输入条件下，平均热输出功率分别降低了26.2%和31.0%，平均热效率分别降低了0.8%和0.7%。同一气候条件下的同一燃气壁挂炉在不同供回水温度条件下的热效率差异很小，这说明拉萨地区气候条件主要是通过影响燃烧室内燃气的燃烧过程从而影响燃气壁挂炉的性能的，而对燃气壁挂炉内的换热过程影响较小。另外由于燃气和空气质量流量发生变化，使得拉萨气候条件下的燃烧室内温度降低，从而降低了排入大气的烟气中 NO的含量。
　　第四章采用流体动力学FLUENT数值计算软件对所选燃气壁挂炉燃烧室内的燃气燃烧过程进行了数值计算分析。拉萨气候条件下燃气壁挂炉燃烧室的平均温度、最高温度和燃烧室出口烟气温度较标准条件下均有明显的下降，且对热功率大的燃气壁挂炉的影响要明显大于热功率小的机组，而对燃烧室内的燃气燃烧所需空间无明显影响。
　　第五章对通过采用增大燃气入口压力从而增加燃气质量流量的方法在拉萨进行了实地测试，测试表明在基本满足热效率要求的前提下，可以使额定热输出功率达到铭牌值，但较平原地区烟气的排放（CO）会有所增加，总体上说调整方法是可行的。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的主要研究内容

1.4 课题研究的目的和意义

2 燃气壁挂炉燃烧与传热过程理论分析

2.1 燃气壁挂炉结构简介

2.2 燃气壁挂炉燃烧过程

2.3 燃气壁挂炉中的传热过程

2.4 拉萨地区特殊气候条件对燃气壁挂炉性能影响

2.5 本章小结

3 不同气候条件下燃气壁挂炉燃烧和换热性能测试分析

3.1 燃气壁挂炉性能测试方案及测试系统

3.2 燃气壁挂炉性能测试结果及分析

3.3 本章小结

4 燃气壁挂炉燃烧过程的数值计算

4.1 物理模型的确定

4.2 数值模型的建立[75]

4.3 数值计算的求解

4.4 数值计算结果与分析

4.5 本章小结

5 拉萨气候条件下燃气壁挂炉的调整性能测试分析

5.1 燃气壁挂炉调整方式的确定

5.2 调整后的燃气壁挂炉测试分析

5.3 本章小结

6 结论及展望

6.1 本文的主要结论

6.2 建议及展望

致谢

参考文献

附录