新型低NOx旋流燃烧器冷态模拟实验研究与数值模拟

摘要

随着我国电力事业的高速发展，污染物排放的问题越来越严重，随着“节能减排”目标的提出，降低污染物排放更将成为未来具有挑战性的一项任务。NOx是化石燃料燃烧过程中排放的主要污染物之一，对环境造成严重危害，其形成与排放的控制愈来愈得到重视。当前，电站锅炉的旋流燃烧器的低NOx燃烧仍然是国内外电厂面临的重大挑战，因此，研究和开发具有良好低NOx燃烧性能的新型旋流燃烧器已经迫在眉睫。 首先，本文介绍了国内外市场上主要旋流燃烧器的研制和发展情况，总结了目前主流低NOx旋流燃烧器的主要特点；概述了电站锅炉中三种NOx的生成机理和主要的低NOx燃烧技术，分析了影响旋流燃烧器低NOx燃烧性能的各种因素，提出了适合于低NOx燃烧的空气动力场，为理论分析提供了依据。 其次，本文在吸收和整合多种燃烧器优点的基础上，介绍了自行设计的新型的低NOx旋流燃烧器，并进行了详细的冷态模拟实验。实验通过分别改变中心风扩口角度、中心风扩口边界、一次风率、一次风速、直流风速、二次风旋流强度，从轴向速度、回流区边界和射流边界等方面出发，研究各参数对于燃烧器空气动力场的影响，进而分析对于降低NOx排放的贡献。 最后，本文在冷态实验的基础上进行了数值模拟：建立了新型旋流燃烧器的二维物理模型，采用κ-ε的双方程模型模拟了该燃烧器的出口空气动力场的分布。在较高的精度下，详细分析了回流区面积、回流量、湍流强度等不便分析的燃烧器参数对于低NOx的影响；模拟结果与主流径向浓淡旋流燃烧器进行了对比，阐明了本旋流燃烧器的优势；对中心风管扩口曲形边界进行了三维数值模拟，研究了各种形状对于低NOx燃烧的影响。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1绪论

1.1研究背景

1.2旋流燃烧器技术

1.3国内外旋流燃烧器发展现状

1.4总结

1.5本研究的任务及意义

1.6本章小结

2低NOx燃烧技术及其应用

2.1概述

2.2 NOx的生成机理

2.3低NOx主要燃烧技术

2.4影响旋流燃烧器NOx生成的各种因素

2.5本章小结

3冷态模拟实验

3.1共轴旋转射流的特性

3.2模化设计

3.3实验设计

3.4本章小结

4冷态实验数据处理及分析

4.1概述

4.2燃烧器空气动力场特征

4.3本章小结

5新型旋流燃烧器冷态实验数值模拟

5.1 FLUENT简介

5.2物理模型和数学模型

5.3计算的数值方法

5.4旋流燃烧器参数对空气动力过程的影响

5.5与主流旋流燃烧器的对比

5.6本章小结

6中心风管扩口边界形状对回流区的影响

6.1概述

6.2数值计算方法

6.3计算结果分析

6.4总结

6.5本章小结

7全文总结及展望

7.1全文总结

7.2下一步工作展望

参考文献

作者简历