预热空气温度对MILD燃烧影响的实验与模拟研究

摘要

面对日益严峻的全球环境资源压力,具有高效低污染特点的MILD燃烧技术成为国际燃烧学界关注的焦点,本文在20kW的MILD台架上分别以实验和数值模拟为手段,研究了预热空气温度对MILD燃烧特性的影响。
　　以液化气和甲烷为燃料进行了预热空气对MILD燃烧影响的实验研究。实验发现,空气预热使炉内温度均值升高,温度梯度变小,有利于得到更均匀的温度场;预热空气导致空气进口初始动量增加,增强了空气卷吸燃气和高温烟气的能力,在提高可燃混合物温度的同时又降低了混合物中的氧气浓度,使MILD状态下炉内O2含量更低,分布更均匀。
　　预热空气温度导致MILD燃烧状态下炉内CO峰值升高,但是对尾部烟气中的CO浓度影响不大;同时,空气预热后,炉内的NO含量比常温空气下的高,但是两种工况下的NO水平非常低。需要强调的是,本文的实验研究就是在常温空气实现MILD燃烧的条件下进行的,预热空气后强化了炉内的混合,但是对尾部烟气污染物的排放影响有限。
　　文章采用Realizablek-ε湍流模型和EDC燃烧模型对甲烷进行了不同预热空气(303K和673K)下的MILD燃烧数值模拟。模拟结果显示,预热空气下炉内温度明显高于常温空气下,而氧气含量则低于常温工况,并且在除去燃烧器进口的小部分区域的情况下,模拟值与实验测量值有很好的吻合;模拟下的CO峰值相对于实验状态向炉膛中心发生了迁移;对NO的预测,预热空气下的模拟值高于实验测量值,而常温工况下,实验测量值高于模拟值,但是总体来讲,模拟炉内的NO含量很低。
　　模拟炉内的近燃烧器区域出现了低温高氧区,表明以燃烧化学反应速率低为显著特征的MILD燃烧,在炉膛进出口处,存在强烈的烟气卷吸混合稀释,针对此区域的燃烧,湍流混合影响可能大于化学反应的影响,导致模拟与实验有较大出入。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 MILD燃烧技术

1.3 MILD燃烧国内外研究现状

1.4本文的研究内容

2 MILD燃烧试验台介绍

2.1 MILD燃烧试验台功能介绍

2.2 MILD燃烧试验台本体结构

2.3 MILD燃烧试验台控制系统

2.4 MILD燃烧试验台测量系统

3 不同预热空气温度下MILD燃烧的实验研究

3.1 MILD燃烧实现的基本操作

3.2 液化气为燃料的预热空气MILD燃烧实验研究

3.3 甲烷为燃料的预热空气对MILD燃烧的影响研究

3.4 本章小结

4 甲烷预热空气MILD燃烧的数值模拟研究

4.1 FLUENT简介

4.2 数值模型选取

4.3 MILD燃烧的模型网格化与设置

4.4 MILD燃烧模拟结果及分析

4.5 本章小结

5 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献