沼气壁挂锅炉燃烧器设计与实验研究

【摘要】：随着国家城镇化的加速发展，国家对能源的需求更加迫切，在这种背景下，天然气需求高速增长，天然气供给和需求之间的差额日益增大，与此同时沼气行业快速发展可以有效的弥补天然气供需之间的差额。沼气规模可大可小，应用灵活方便，随着国家小城镇化的加快发展，供暖形式的转变以及南方地区对供暖的需求，以沼气为气源的燃气壁挂锅炉供暖系统有广阔的发展空间。该种供暖系统以单户为单位，可以实现分户计量，非常适合住宅及别墅使用。然而在国内沼气壁挂炉的研发几乎为零，本文对沼气壁挂锅炉燃烧器进行了重点研究，致力于获得合理的燃烧器尺寸，为此主要进行了一下工作。燃烧器的设计计算，包括燃气基本参数计算，燃烧器进、排气参数计算，燃烧器结构计算。设计燃烧器气源为70%（体积含量）的重庆天然气和30%（体积含量）的CO2混合来模拟沼气，经计算得到燃烧器理论空气量为6.7（Nm3干空气/Nm3干燃气），燃烧器理论烟气量为7.8（Nm3干空气/Nm3干燃气），燃烧热量温度为1920.53℃，喷嘴孔径为2.4mm，引射器为大气式喉部直径为13.5mm，燃烧器的火孔面积为4600mm2。 对设计燃烧器进行CFD模拟研究，利用Fluent软件模拟了喷嘴孔径和沼气成分对燃烧器引射器的燃气进口压力及预混效果的影响，以确定合理的引射器尺寸。模拟结果显示当沼气和空气的质量流量一定时，随着燃烧器喷嘴孔径的增加，燃气进口压力逐渐下降，当喷嘴孔径为2.4mm时引射器沼气和空气预混效果最好。当沼气和空气的质量流量以及喷嘴孔径一定时，沼气成分变化对引射器的燃气入口压力和沼气和空气预混效果影响较小。 对设计燃烧器进行实验研究，主要研究沼气成分和压力变化对燃烧器一次空气系数、燃烧火焰状态、燃烧器热负荷、燃烧器热效率和烟气成分的影响。实验结果显示随着沼气中甲烷含量的增加燃烧器一次空气系数不断降低，但始终在允许的范围之内，火焰变长变暗最后出现黄焰，燃烧器热负荷逐渐增加，热效率先增加后降低，热效率最高时的甲烷含量为70%，最后得出燃烧器对沼气成分变化的适应范围为55%~82%。当沼气压力从800Pa逐渐增加到2400Pa时，燃烧器的一次空气系数变化不大，火焰由长变短、由暗变亮，没有出现脱火和回火现象，燃烧器的热负荷逐渐增加，热效率逐渐下降，最后得到设计燃烧器对沼气压力的适应范围为1250Pa~2400Pa。 【关键词】：沼气 壁挂锅炉 大气式燃烧器 数值模拟 燃烧实验
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK223.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景及意义9-12
• 1.1.1 天然气和沼气的快速发展9-11
• 1.1.2 供暖方式的转变11-12
• 1.1.3 课题研究意义12
• 1.2 燃气壁挂锅炉简介12-15
• 1.2.1 燃气壁挂锅炉的发展历程12-13
• 1.2.2 燃气壁挂锅炉的结构和原理13-14
• 1.2.3 燃气壁挂锅炉采暖系统的特点14-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 燃气壁挂锅炉采暖系统国内外研究现状15-17
• 1.3.2 燃烧模拟的进展17
• 1.4 研究内容和技术路线17-18
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 沼气壁挂炉燃烧器设计19-29
• 2.1 设计依据19
• 2.2 燃气基本参数计算19-21
• 2.2.1 燃气热值计算19-20
• 2.2.2 燃气密度计算20
• 2.2.3 华白数、燃烧势计算20-21
• 2.2.4 燃气的燃烧热量温度的计算21
• 2.3 燃烧器进、排气参数计算21-23
• 2.3.1 实际空气量计算21-22
• 2.3.2 燃烧器燃气量计算22
• 2.3.3 燃烧器烟气量计算22-23
• 2.4 燃烧器结构的计算23-27
• 2.4.1 喷嘴结构计算23-24
• 2.4.2 燃烧器头部计算24-25
• 2.4.3 引射器结构计算25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 沼气壁挂炉燃烧器数值模拟研究29-43
• 3.1 燃烧过程数值模拟基本理论29-32
• 3.1.1 控制方程29-31
• 3.1.2 计算方程31-32
• 3.2 数值模型的建立32-34
• 3.2.1 物理模型32-33
• 3.2.2 计算模型33
• 3.2.3 网格划分33-34
• 3.2.4 边界条件设定34
• 3.3 数值模型求解34
• 3.4 数值模型模拟结果34-41
• 3.4.1 喷嘴直径对引射器的影响34-37
• 3.4.2 沼气成分对引射器的影响37-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 燃气壁挂炉燃烧器实验设计43-49
• 4.1 实验目的及实验内容43-44
• 4.1.1 实验目的43
• 4.1.2 实验内容43-44
• 4.2 实验系统和实验仪器简介44-48
• 4.2.1 实验系统简介44-45
• 4.2.2 实验仪器选用及简介45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 燃烧器燃烧性能测试实验49-73
• 5.1 喷嘴孔径对燃烧器的影响实验49-51
• 5.1.1 喷嘴孔径对一次空气系数的影响实验50-51
• 5.2 沼气成分变化燃烧器燃烧的影响实验51-64
• 5.2.1 沼气成分变化对一次空气系数的影响实验51-53
• 5.2.2 沼气成分变化对热负荷的影响实验53-55
• 5.2.3 沼气成分变化对热效率的影响实验55-56
• 5.2.4 沼气成分变化对烟气的影响实验56-61
• 5.2.5 沼气成分变化对燃烧状态及稳定性的影响实验61-63
• 5.2.6 沼气成分变化对燃烧器燃烧影响实验小结63-64
• 5.3 沼气压力变化燃烧器燃烧的影响实验64-72
• 5.3.1 沼气压力变化对一次空气系数影响实验64-65
• 5.3.2 沼气压力变化对热负荷影响实验65-66
• 5.3.3 沼气压力变化对热效率的影响实验66-67
• 5.3.4 沼气压力变化对烟气成分的影响实验67-70
• 5.3.5 沼气压力变化对火焰燃烧状态的影响实验70-71
• 5.3.6 沼气压力变化对燃烧器燃烧的影响实验小结71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 结论及建议73-75
• 6.1 本文主要结论73-74
• 6.2 本文不足及建议74-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-79
• 附录79-81
• A. 实验装置及部分实验仪器79-81
• B. 作者在攻读硕士期间发表的论文81
• C. 作者在攻读硕士期间参与的科研项目81

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

燃气壁炉采暖市场分析    李先瑞

对燃气分户采暖的污染分析    刘蓉;武岚;

分户燃气采暖炉排烟系统污染控制研究与CFD数值模拟    彭颖瑛;刘蓉;冯春鹏;

关于家用燃气采暖炉噪声的探讨    刘蓉,王义

东部城市天然气应用方式探讨    江亿

热管技术在常减压蒸馏装置加热炉上的应用    朱玉琴,曹子栋

单户燃气采暖的应用    金志刚,吴旭,洪庆华

关于对中国山水画写生的认识    唐霖;

分户燃气供暖方式调研分析    郭非,江亿,田贯三

夏热冬冷地区冬季供暖方式的选择    钟珂,王琦,亢燕铭

燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究    穆勇

燃气热水器性能测定实验台的研制    张爱凤;赵卫平;刘向华;汪红梅;

合肥地区冬季商品住宅采暖方式经济性的探讨    李悦敏;

低压大气式燃烧器中引射器的数值模拟    方媛媛;郭全;傅忠诚;

对燃气分户采暖的污染分析    刘蓉;武岚;

天然气催化燃烧V型冷凝锅炉热效率研究    张世红;何林;李宁;

分户燃气采暖炉排烟系统污染控制研究与CFD数值模拟    彭颖瑛;刘蓉;冯春鹏;

煤粉锅炉高温空气无油点火研究    李栋,王恒,赵立合,冯武军,陈燕

浅谈浮法玻璃熔窑用重油燃烧器的结构设计及其发展    张海梁;傅鑫杰;梅书霞;谢峻林;

戊烷管道气是小城镇民用燃气的一种理想气源    曹登祥;

使用新型复合燃料值得重视和研究的几个问题    曹登祥;彭晓青;

小型户用沼气锅炉的设计计算    李文涛;刘建禹;李文哲;

车用乙醇汽油对发动机进气系统沉积物的影响    郭瑞莲;鲍晓峰;岳欣;崔平;纪威;

确立天然气燃气具基准气体的方法与实践    罗东晓;欧翔飞;

高适配性燃气具对推动天然气产业发展的重要意义    罗东晓;赖元楷;

燃气快速热水器热效率的提高    仇明贵;李玮;陈林山;

预混空气燃烧的不稳定火焰    金志刚;

全预混燃烧的燃烧振荡问题    张仲凌;

不同气源燃气热水器的经济性与环保性的研究    张健;

平板式全预混燃烧器的开发研究    徐德明;魏敦崧;卢志龙;周高云;

民用燃气灶污染物排放和温度分布    师兴兴;张世红;

燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究    穆勇

微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究    汪洋

氨基湿法烟气脱硫的机理及工业试验研究    丁红蕾

电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究    杨建国

选择性非催化还原与先进再燃技术的实验及机理研究    吕洪坤

医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟    祝红梅

燃烧诱发热声不稳定特性及控制研究    李国能

煤粉空气分级和再燃技术机理、应用和模型研究    刘茂省

O_2/N_2和O_2/CO_2燃烧方式下煤粉着火特性研究    吴乐

正庚烷、异辛烷热解和预混火焰的实验及动力学模型研究    袁涛

双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟    杨洪磊

横向来流对等离子点火器点火区域的影响    吴曙亮

煤粉火焰稳定性与熄火综合评判模型的研究    毕武林

基于VTK程序下的锅炉炉内过程的可视化系统的开发与应用    张亮

污泥在不同氧浓度下燃烧排放特性研究    万嘉瑜

脉冲电晕放电过程中OH自由基的光学测量    魏波

生物质燃烧污染物排放特性研究    聂虎

燃煤电站锅炉的燃烧优化技术及相关算法应用研究    沈利

600MW超临界机组煤种适应性研究    张翔宇

SNCR还原剂液滴与炉内烟气混合的计算模拟及实验研究    王海涛

对燃气分户采暖的污染分析    刘蓉;武岚;

关于家用燃气采暖炉噪声的探讨    刘蓉,王义

燃气热水器与建筑    金志刚

某重型燃气轮机喷嘴组雾化特性的试验研究    刘凯;蔡九菊;张宝诚;马洪安;

高温贫氧燃烧过程中NOx排放的特点    钟水库,马宪国,郑国耀,李道林

燃气轮机燃烧室内部两相流动数值模拟与结构优化    冀春俊,徐世泊,于飞

分级预混燃烧的稳定性    张昊;朱民;张志军;

燃气轮机燃烧室预混燃烧不稳定性的数值研究    张欣刚;任静;徐治皋;

改烧焦炉煤气后燃气轮机燃烧室的改进    金戈;李孝堂;尹家录;马宏宇;

燃气轮机低热值合成气燃烧室内三维湍流流动的数值模拟研究    赵晓燕;李祥晟;丰镇平;

关于地板采暖住宅室内热湿环境及居住者舒适性的实测调查——采暖期前后的比较    陈滨;彭菲菲;郭丽燕;

除湿法空调及系统    江亿;李震;

火箭基组合动力循环（RBCC）引射模态燃烧流动研究    黄生洪

燃气轮机燃烧室三维湍流的数值仿真    孟岚

等离子点火器燃烧流场数值与实验研究    冀光

非结构网格FVM在复杂几何结构的湍流反应流计算中的应用研究    雷国东

W型火焰燃烧室燃烧过程及污染物生成的数值模拟    朱志强

燃气轮机干式低NOx燃烧室的性能数值模拟分析    萨仁高娃

基于详细化学反应机理的燃烧室燃烧流场计算    侯宽新

燃料裂解气燃烧技术研究    李金英

双燃料燃烧室燃烧流场数值模拟    贺红娟

德国沼气工程技术考察及思考    杨世关;张百良;

沼气工程惠泽于民    薛彦棠;

沁水县户用沼气低使用率的分析与建议    闫沁阳;王光;

中国农村能源行业协会沼气专业委员会筹建“北京沼气产业化展示厅”    

环保型生物能源“沼气”    王洪伟;李春;王永礼;

台州市沼气工程安全问题分析及对策    李建伟;李飞;胡金舜;

中国“产业沼气”的开发前景看好    

发展沼气是助推新农村建设的重要途径    薛立兵;

德国沼气工程技术及其在中国的应用前景    Markus Dicke;

我国沼气工程标准化发展现状    董保成;赵凯;贾照良;

关于加快农村沼气服务体系建设的建议    

沼气研究和利用的现状与发展趋势    赵新波;祝诗平;

浅谈生物质能——沼气    王威;罗清威;樊占国;

价值链管理视角下的沼气工程系统控制战略研究    刘英;

评价生态型沼气工程的“四项指标”    李长生;

沼气工程技术的现状与发展趋势    吴兆流;

沼气工程固液分离机和发电机及经济分析    贾治中;

沼气产业新论    曹曼;

沼气的综合利用技术和发展前景    王滨杰;贺立三;贾兵;

牛场沼气工程设计中的关键问题初探    田宁宁;钱靖华;余杰;

真抓实干扎实推进 做好沼气建设工作    赵天清

大同县沼气建设进度快    李喜郑文君

鄂前旗1150多户农牧民用上了沼气    尉光明

让沼气点燃新农村文明之火    本报记者 游银华

加快沼气建设一举多得    本报记者　江东洲

又好又快地发展农村沼气    高俊才

节能减排环保 农村沼气魅力无限    师晓京

三方算账,沼气建设最划算    川文

发展农村沼气 助推社会主义新农村建设    李晓云

元古村：小沼气产生大效益    高彧

中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究    陈豫

沼气产业化基本理论与大中型沼气工程资源配置优化研究    王丽丽

餐厨垃圾制沼及膜法沼气提纯一体化系统设计及理论研究    尼姝丽

农村沼气生态校园模式及其综合效益评价研究    王兰英

规模化养猪场沼气工程发展的影响因素研究    林斌

农户沼气使用及生态环境效益评价：来自恩施州的证据    张嘉强

沼气制备车用燃料的实验研究    黄黎

基于智能鸡舍的太阳能沼气工程的技术研究    赵梅娟

随州市农村户用沼气发展制约因素及潜力研究    冯大功

江苏省农村户用沼气物业化管理模式研究    李莉莉

辅热集箱式沼气工程标准化技术研究    王淮东

车用沼气纯化装置试验研究    周磊

晋北农村沼气推广影响因素及发展潜势研究    侯向娟

太阳能沼气工程无线监测系统设计    薄军

农村校园沼气管理专家系统研究    周曼

沼气化学能快速高效储存太阳热能的初步研究    马涛

河北省磁县沼气推广应用研究    李常伟