微油点燃低挥发分煤与生物质混合燃料的研究

论文摘要

我国石油资源相对匮乏,现已成为叶界第二大石油进口国。燃煤电厂锅炉的启停和低负荷稳燃却需消耗大量的燃油,为了降低电厂的燃油消耗量,近几年来国内外出现了电站锅炉微油点火技术。燃用低挥发分煤的锅炉约占全国电站锅炉总容量的5.0-5.5%,但因其挥发分含量低、着火点高等特点,微油点火技术在应用于点燃低挥发分煤时效果并不理想,限制了微汕点火技术的应用范围。生物质能作为一种清洁的可再生能源,在我国储量丰富,挥发分含量60%-70%,将生物质同低挥发分煤混合燃烧,能提高混合燃料的挥发分含量,降低混合燃料的着火点,扩大了微油点火技术的应用范围,能够实现燃用低挥发分煤的现役电站锅炉规模化利用生物质能,节约煤炭、石油等不可再生能源,减少了CO2的排放,对微油点燃低挥发分煤与生物质混合燃料的研究具有重要意义。微油燃烧器的核心部件是微油雾化器,其雾化性能决定了微油枪火焰的温度、刚度和稳定性,因此,首先对微油枪内燃油的流动和雾化特性展开研究。在理论分析的基础上以数值试验为研究手段,建立燃油压力雾化喷嘴的数学模型,描述了喷嘴内燃油流迹线,分析了涡流室和旋流槽内的压力、速度等分布情况。分析了燃油雾化压力、喷嘴结构参数（旋流槽数目、喷口直径等）对燃油流动及雾化特性的影响。旋流槽数日对于喷嘴出口处的液膜厚度和喷出后的液滴直径具有较大的影响,旋流槽数日越大油雾液滴直径越小分布更均匀。在相同雾化压力下喷嘴流量随出口直径的增大而增大,增大雾化压力燃油液滴趋于向喷嘴中心移动。其次,对低挥发分煤与生物质混合燃料在微油点火燃烧器内的着火燃烧过程进行了数值试验研究,分析了阳泉无烟煤分别与小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳在不同掺混比例下,通过微油点燃时燃烧器内的温度场、速度场等。分析了微油点火背景下,一次风速生物质燃料粒径等因素对混合燃料着火燃烧过程的影响。研究结果表明：掺烧生物质后能够提高燃料的挥发分含量,降低混合燃料的着火点,有效地改善了无烟煤等低挥发分煤在微油燃烧器内的着火及燃烧过程。掺烧的生物质种类对燃烧器内火焰的温度影响较大,在相同的掺混比例下掺烧花生壳时燃烧器出口处火焰温度较掺烧小麦秸秆和玉米秸秆时低300℃。掺烧生物质后燃烧器内火焰温度随着掺混比的增大而降低,对于所研究的阳泉无烟煤,在玉米秸秆掺混比为40%时燃烧器出口处中心温度比掺混比为10%时低220℃。粒经和一次风速对混合燃料的燃烧也会产生较大的影响,粒径越小在混合燃料点火阶段燃烧器内温度稍低,但在燃烧稳定后由于细颗粒的快速燃烧和剧烈反应,温度上升较快,有利于混合燃料的快速完全燃烧：随着一次风速的提高,着火距离明显增大,燃烧稳定性变差,但一次风速越小燃烧器内结焦的可能性越大;综合考虑研究认为混合燃料粒径为0.06-0.08mm、一次风速为20-23m/s时,掺混燃烧效果较理想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 生物质煤粉混燃研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 锅炉微油点火技术及其研究现状
• 1.3.1 微油燃烧器的工作原理
• 1.3.2 微油点火燃烧器的技术特点
• 1.3.3 锅炉微油点火技术的研究现状
• 1.4 课题的提出及主要研究内容
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 燃烧器数值模拟的理论模型
• 2.1 三维湍流流动的控制方程
• 2.2 气相湍流流动模型
• 2.2.1 湍流黏性系数模型
• 2.2.2 Reyno1ds应力模型
• 2.3 多相湍流流动模型
• 2.4 辐射换热模型
• 2.5 液体燃料喷雾模型
• 2.6 非预混湍流扩散燃烧模型
• 2.7 挥发分析出模型
• 2.8 焦炭燃烧模型
• 2.9 本章小结
• 第3章 微油燃烧器压力油雾化喷嘴的研究
• 3.1 引言
• 3.2 物理模型建立及网络划分
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 计算域网格的划分
• 3.3 数值模拟方法及边界条件
• 3.3.1 气相湍流模型
• 3.3.2 多相流模型
• 3.3.3 方程的离散及求解
• 3.3.4 边界的设置
• 3.4 研究结果及其分析
• 3.4.1 流场分析
• 3.4.2 旋流槽数对喷嘴流动特性的影响
• 3.4.3 喷口直径对喷嘴内流动特性的影响
• 3.4.4. 燃油压力和喷嘴孔径对喷嘴流量的影响分析
• 3.4.5 喷嘴孔径对雾化锥角的影响分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 微油点燃低挥发分煤与生物质混合燃料的研究
• 4.1 数值模拟对象及网格划分
• 4.2 数值模拟方法及边界条件
• 4.2.1 数值模拟方法
• 4.2.2 边界条件
• 4.3 模拟结果及分析
• 4.3.1 模拟工况
• 4.3.2 燃烧器内气相流场及混合燃料着火过程的分析
• 4.3.3 生物质种类对混合燃料着火燃烧的影响
• 4.3.4 生物质掺混比例对混合燃料着火燃烧的影响
• 4.3.5 混合燃料平均粒径对着火燃烧的影响
• 4.3.6 一次风气流速度对混合燃料着火燃烧的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况