本文選題：合成氣 + 微混合燃燒��； 參考：《華北電力大學(北京)》2016年碩士論文

【摘要】：嚴峻的環(huán)境問題與我國以煤為主要能源的資源結構決定了我國發(fā)展清潔燃燒技術的重要性。在目前眾多的清潔燃燒技術中,IGCC是非常有前景的技術手段。作為整個系統的重要組成部分,燃氣輪機技術的開發(fā)與研究非常關鍵。由于合成氣的低熱值、高熱平衡溫度的特性,在利用傳統燃氣輪機改燒合成氣時存在著污染物NOx排量較高的問題；同時,合成氣中的成分H2極易著火燃燒,實際工程中還要防止發(fā)生回火現象。因此,需要針對合成氣燃料的特性對傳統燃氣輪機進行適度的改造。本文我們采用自主設計的25噴嘴微混合燃燒器進行實驗研究,用以探索其燃燒合成氣時的燃燒特性。該燃燒器的燃燒室底板面上裝有25個單元噴嘴,以5排5列的方陣形式分布。其中,每個單元噴嘴由中間的一個豎直燃料噴口和周圍的八個以一定角度傾斜分布的空氣小噴口組成,形成一個獨立旋流燃燒的微混合燃燒單元。各獨立的燃燒單元起到了分散火焰面的效果,降低了局部熱負荷和燃燒溫度,有利于降低NOx的排放,且起到保護噴嘴不被燒毀的作用。同時,該燃燒器可以投入不同數量的噴嘴進行工作：9噴嘴、13噴嘴和25噴嘴,燃料噴口直徑也可選擇2.0mm、2.3mm和2.8mm。該燃燒器的設計擬通過投用不同數量和燃料噴口直徑的噴嘴來調節(jié)各工作噴嘴間的間距以及燃料噴口與空氣噴口之間的相對間距,以此來實現擴散燃燒和預混燃燒的研究。為了了解驗證該燃燒器的性能,我們開展了一些熱態(tài)實驗。實驗結果表明不同實驗條件下,微混合燃燒器可以有效地組織燃燒�；鹈绯慑F形,火焰根部較細,可燃混合物在向下游運動的過程中,由于燃料自身逐漸擴散且各噴嘴單元間流體的相互作用,整體上逐漸擴散交融,火焰面也逐漸變寬,形成主燃燒區(qū)。同時,不難發(fā)現微混合燃燒的方法可以有效地降低污染物的排放,Nox與CO的排量均較低。通過實驗測量與數值模擬結果分析可知,氦氣等動量代替氫氣時與氫氣的速度分布規(guī)律最為接近。燃燒室內流體從噴口射出后,在氣流整體向下游運動的過程中,各獨立的射流區(qū)域逐漸擴大,隨后相互融合,整個流場主要可以分為3個區(qū)域：燃燒室主射流區(qū)、相鄰單元噴嘴間的低速小回流區(qū)以及單元噴嘴與壁面之間的較大回流區(qū)。燃燒室中這些回流區(qū)的存在可以加快燃料與空氣的均勻混合,有助于燃燒的進行。同時,流體離開噴嘴的很小距離內速度先下降再上升,之后快速下落并逐漸趨于穩(wěn)定。燃燒室中心截面的速度分布可以很好的對應燃燒器的結構噴嘴布置情況,整體上表現為5個速度峰值且中間噴嘴的速度要稍微高些,靠近燃燒器壁面的速度較低甚至出現負值。之后,我們計算了微混合燃燒器單噴嘴和中心截面的脈動速度分布,可以看到脈動速度整體較小,說明該燃燒器在穩(wěn)定性方面的設計性能較好。
[Abstract]:The severe environmental problems and the resource structure of coal as the main energy source determine the importance of developing clean combustion technology in China. IGCC is a promising technique in many clean combustion technologies. As an important part of the whole system, the development and research of gas turbine technology is very important. Because of the characteristics of low calorific value and high heat equilibrium temperature of syngas, there is a problem of high NOx emission when using conventional gas turbine to burn syngas, and the composition H _ 2 in syngas is easily ignited. In the actual project, it is necessary to prevent the occurrence of tempering phenomenon. Therefore, it is necessary to transform the conventional gas turbine according to the characteristics of syngas fuel. In this paper, a 25-nozzle micro-mixing burner designed by ourselves is used to study the combustion characteristics of the combusted gas. There are 25 unit nozzles on the bottom plane of the combustor, which are distributed in the form of 5 rows and 5 columns of square array. Each unit nozzle consists of a vertical fuel nozzle in the middle and eight small air nozzles which are inclined at a certain angle to form an independent swirl combustion micro-mixed combustion unit. Each independent combustion unit has the effect of dispersing the flame surface, reducing the local heat load and combustion temperature, reducing the NOx emission, and protecting the nozzle from burnout. At the same time, the burner can be put into different number of nozzles for work: 9 nozzles, 13 nozzles and 25 nozzles, and the fuel nozzle diameters can also be chosen as 2.0mm / 2.3mm and 2.8mm. The design of the burner is to adjust the distance between the working nozzles and the relative distance between the fuel nozzles and the air nozzles by using nozzles with different numbers and fuel nozzle diameters, so as to realize the study of diffusion combustion and premixed combustion. In order to verify the performance of the burner, some hot state experiments have been carried out. The experimental results show that the micro-mixing burner can effectively organize the combustion under different experimental conditions. The flame becomes conical, the flame root is thin, the combustible mixture moves downstream, because of the diffusion of the fuel itself and the interaction of the fluid between the nozzle units, the flame surface becomes wider and wider as a whole. Form the main combustion zone. At the same time, it is not difficult to find that the micro-mixing combustion method can effectively reduce the emission of no _ x and CO. The results of experimental measurement and numerical simulation show that the velocity distribution of helium is most close to that of hydrogen when it replaces hydrogen with equal momentum. After the combustion chamber fluid is ejected from the nozzle, during the whole flow moving downstream, the independent jet regions gradually expand and then merge with each other. The whole flow field can be divided into three main regions: the main jet zone of the combustion chamber. The low speed small reflux region between adjacent unit nozzles and the large reflux region between the unit nozzle and the wall surface. The existence of these reflux zones in the combustion chamber can accelerate the uniform mixing of fuel and air, which is helpful to the combustion. At the same time, the velocity of the fluid first decreases and then rises at a small distance from the nozzle, then rapidly falls and tends to stabilize gradually. The velocity distribution of the central section of the combustor can well correspond to the configuration of the burner nozzle, which shows five peak velocities on the whole and the velocity of the intermediate nozzle is slightly higher, and the velocity near the burner wall is lower or even negative. After that, the pulsating velocity distributions of the single nozzle and the center section of the micro-mixing burner are calculated. It can be seen that the overall pulsation velocity is smaller, which indicates that the design performance of the burner is good in terms of stability.
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK16

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