燃油锅炉改烧可燃气炉内过程数值模拟

摘要

随着国际社会对环境问题的日益关注以及我国为建设国际环保型城市和走可持续发展道路的需要，国家已放宽城市工业锅炉和生活锅炉燃用油品的限制，并提倡使用天然气，以取代分布广、能耗高、污染严重的燃煤锅炉。另一方面，随着石化行业生产规模的扩大，生产过程中产生的工艺可燃副气越来越多，将其引入现有的燃油、燃煤锅炉中燃烧，已取得了良好的节能和环保效益。然而气体燃料的燃烧特性与油、煤不同，实际改造和运行中，由于缺乏相应经验及理论指导，常常导致锅炉燃烧不良，效率低下，甚至发生爆管等事故。因此，可燃气体在燃油、燃煤锅炉中的燃烧状况有待研究。然而受实际条件的限制，很难通过实验测试数据，而数值模拟的研究方法在这一方面显示了强大的功能。 本文即利用商业软件FLUENT，对燃油锅炉改可燃气后，炉内流动和燃烧过程进行数值模拟计算。气相湍流流动采用Realizablek-ε模型模拟，气相湍流燃烧采用平衡混合分数/PDF模型模拟，辐射换热采用P1模型模拟。在直角坐标系下的非均匀交错网格系统中采用有限体积法来离散微分方程，对控制方程的求解采用SIMPLCE算法。计算给出了炉内温度场、速度场及壁面热流密度分布的数值预报。同时，探讨了炉内配风(旋流数和旋向)、过量空气系数、燃烧器结构改变及低负荷工况时炉内燃烧状况，并给出了相应的优化运行控制参数。 本文的研究表明，利用FLUENT软件，采用合适的数学模型和计算方法，得到炉膛内速度场、温度场和热流密度分布特性符合实际燃烧情况，进行炉内燃烧过程的数值模拟是可行的，且模拟结果很好地反映了实际运行工况中存在的问题。二次风旋流强度的变化对炉内燃烧影响较大，旋流数过小时(S＜0.8)，火焰将冲刷后墙；旋流数过大时(S≥1.3)，火焰发散，冲刷侧墙和底墙。运行中旋流数应控制在1.0～1.2之间。下排两燃烧器二次风旋向相同时，火焰会发生偏斜；旋向相反时，火焰向中心靠拢。过量空气系数影响火焰长度及壁面平均热流。与现有的孔型燃烧器相比，采用环型燃烧器可使炉内换热增强，出口温度降低。低负荷运行时，炉内温度场、壁面热流均下降，尤其是负荷为26t/h蒸发量时各项参数下降幅度较大，锅炉不宜在此工况下运行。 上述研究结果对燃油锅炉改烧可燃气的调节、控制以及锅炉喷嘴和炉膛结构的改造具有理论指导意义。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2数学模型

3燃油锅炉改烧可燃气炉内燃烧数值模拟

4炉内燃烧影响因素分析

4.1旋流数对炉内燃烧的影响

4.2旋向对炉内燃烧的影响

4.3过量空气系数对炉内燃烧的影响

4.4燃烧器结构改变对炉内燃烧影响

4.5本章小结

5低负荷下炉内温度场及壁面热流密度分布

结 论

展 望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢