利用數(shù)值模擬手段探究高爐煤氣燃燒室熱態(tài)場分布規(guī)律,并探究了等離子中活性粒子氧原子對高爐煤氣燃燒室的熱態(tài)場影響規(guī)律。結(jié)果表明:燃燒室內(nèi)高爐煤氣燃料濃度呈U字形分布。在燃燒室的頭部燃料噴嘴附近形成高溫區(qū),在主燃孔后有少部分的高溫區(qū);隨著活性粒子的加入,高爐煤氣燃燒室頭部高溫區(qū)范圍增大,火焰筒內(nèi)的回流區(qū)速度更加均勻,燃燒效率提高,由97.38%增加到99.65%。活性粒子濃度越高,等離子助燃高爐煤氣燃料燃燒強化效果會逐漸減弱。 

【文章來源】：燃氣輪機技術(shù). 2020,33(03)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

高爐煤氣燃燒室

圖2為高爐煤氣的空氣預(yù)混層流火焰速度的實驗值和Chemkin計算值的對比。其中實驗數(shù)據(jù)取自翁武斌[15]等人采用熱流量法測得,模擬計算采用了GRI-mech 3.0 機理、USC 機理[16]和Davis機理[17]三種機理。其中,GRI-mech3.0機理包含325 個基元反應(yīng)和53 種組分,USC機理包含784 個基元反應(yīng)和111 種組分,Davis機理包含了30 個基元反應(yīng)和14 種組分。可以看出,隨著當(dāng)量比由0.7 到2.1,三種機理模型都可以較好地模擬出低熱值燃料層流火焰速度的變化趨勢,且模擬值與實驗值的相對誤差在8.4%以內(nèi)。其中GRI-mech3.0機理的平均相對誤差最小在3.1%,這是由于GRI-mech3.0機理所包含的物種與基元反應(yīng)最多,對反應(yīng)過程的描述就更為準(zhǔn)確,因此,本文采用GRI3.0機理進行模擬。

燃燒室頭部的回流區(qū)氣流結(jié)構(gòu)增加了高爐煤氣在燃燒室內(nèi)的停留時間,提高了高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性。由圖3(b)可知,在燃燒室的頭部燃料噴嘴附近形成高溫區(qū),在主燃孔后有少部分的高溫區(qū),高溫區(qū)內(nèi)最高溫度達到1 712 K,隨著主燃孔、冷卻孔和摻混孔等空氣的進入,接近燃燒室出口,燃燒室內(nèi)溫度逐漸降低至1 200 K。圖4(a)為高爐煤氣燃料中可燃成分CO的云圖分布,可以看出,高爐煤氣燃料濃度呈U字形分布,高爐煤氣經(jīng)過旋流噴嘴噴出旋流進入燃燒室,燃料氣向燃燒室壁面擴散,中軸線附近較少,近壁兩側(cè)較多。高爐煤氣沿燃燒室徑向范圍分布越大,越利于形成回流區(qū),但太大的徑向范圍易使燃燒室壁面溫度過高燒毀燃燒頭部。由圖4(b)可知,隨著燃燒室的軸向距離的增加,高爐煤氣可燃成分CO的徑向分布越來越均勻,這表明高爐煤氣在燃燒室中與空氣摻混更加充分,更有利于燃燒室組織高爐煤氣的燃燒。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低熱值燃料燃燒室等離子點火特性[J]. 鄭洪濤,張志浩,劉瀟,李智明,楊家龍.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2020(06)
[2]傳統(tǒng)燃燒與等離子體助燃的燃燒室數(shù)值仿真[J]. 劉興建,何立明,宋振興,蘇建勇,王景杰,于錦祿.  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2015(02)
[3]三種典型低熱值氣體燃料的層流火焰速度測量[J]. 翁武斌,王智化,梁曉曄,黃鎮(zhèn)宇,周俊虎,岑可法.  中國電機工程學(xué)報. 2013(08)
[4]非平衡等離子體燃燒強化[J]. 夏勝國,何俊佳.  高電壓技術(shù). 2007(10)
[5]高爐煤氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 王松嶺,董君,陳海平,張學(xué)鐳,胡紅麗.  燃氣輪機技術(shù). 2005(04)
[6]高爐煤氣在連續(xù)加熱爐上的應(yīng)用[J]. 劉日新,劉七新,饒文濤.  工業(yè)加熱. 2003(05)
[7]大型氣相化學(xué)動力學(xué)軟件包CHEMKIN及其在燃燒中的應(yīng)用[J]. 董剛,蔣勇,陳義良,王清安.  火災(zāi)科學(xué). 2000(01)

博士論文
[1]環(huán)管型燃燒室點火及熄火特性研究[D]. 李雅軍.哈爾濱工程大學(xué) 2013

碩士論文
[1]等離子點火發(fā)生器多物理場的數(shù)值研究[D]. 劉燕燕.哈爾濱工程大學(xué) 2013



本文編號：3209317