面對日益緊張的能源形勢和嚴(yán)重的環(huán)境污染，生物質(zhì)甲醇燃料作為一種新型的可再生清潔能源，受到人們的廣泛研究與應(yīng)用。由于其熱值較低，且汽化潛熱較大，直接燃燒的火焰溫度和燃燒效率低，這嚴(yán)重阻礙了生物質(zhì)甲醇燃料的推廣應(yīng)用。因此，研究設(shè)計一種新型生物質(zhì)甲醇燃料高效燃燒能源化利用技術(shù)，有重要的實用意義和應(yīng)用價值。 本文首次提出了生物質(zhì)甲醇燃料自適應(yīng)配風(fēng)引射式燃燒技術(shù)及燃燒器：即將液體生物質(zhì)甲醇燃料汽化，用汽化后的氣體燃料引射完全燃燒所需的空氣進(jìn)行燃燒的方法。設(shè)計出功率為100kW的生物質(zhì)甲醇燃料引射式燃燒器，并利用數(shù)值模擬的方法研究了燃燒器的自適應(yīng)配風(fēng)特性。分析了引射器燃料噴嘴的安裝位置、引射器喉部直徑與噴嘴出口直徑比值α、引射器工作壓力和引射器背壓對引射系數(shù)的影響，找到各因素對引射系數(shù)的作用規(guī)律。利用配風(fēng)特性優(yōu)化原始設(shè)計參數(shù)，得到自適應(yīng)配風(fēng)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后利用實驗方法對最優(yōu)結(jié)構(gòu)的燃燒器進(jìn)行多工況實驗研究，獲得了燃燒器的實際引射系數(shù)、燃燒效率和燃燒溫度分布等特性，并與理論研究結(jié)果進(jìn)行了比較分析。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）生物質(zhì)甲醇燃料引射式燃燒器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對摩爾引射系數(shù)和燃燒器自適應(yīng)配風(fēng)特性有重要影響。主要表現(xiàn)在以下方面：當(dāng)引射器的噴嘴安裝位置在引射器喉部到吸入段入口之間變動，摩爾引射系數(shù)基本保持不變；噴嘴插入喉部或離開吸入段入口，摩爾引射系數(shù)出現(xiàn)較大變化。引射系數(shù)隨著引射器喉部直徑與燃料噴嘴出口直徑之比α增加而增加，當(dāng)α=8.5之后摩爾引射系數(shù)基本保持不變。隨著引射器的工作壓力的增加，引射系數(shù)基本保持不變。當(dāng)引射器的背壓升高，摩爾引射系數(shù)迅速減小，引射器背壓高于250Pa時，燃燒器不能正常工作。（2）實現(xiàn)了生物質(zhì)甲醇燃料引射式燃燒器自適應(yīng)配風(fēng)功能，得到最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)及比例。最優(yōu)結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵參數(shù)保持比例如下：引射器吸入段入口直徑、喉部直徑、擴(kuò)壓段出口直徑、噴口直徑和燃燒室直徑之比為D_X：D_H：D_D：D_P：D_C=2:1:1.9:1.5:5.7；引射器混合段、擴(kuò)壓段、收縮段和燃燒室的長度之比為L_H：L_D：L_P：L_C=5：5：1：10。（3）最佳結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)甲醇燃料引射式燃燒器可實現(xiàn)大范圍負(fù)荷變動下燃燒器的自適應(yīng)配風(fēng)，且燃燒穩(wěn)定，燃燒效率達(dá)99.2%以上。當(dāng)燃燒器負(fù)荷從25%~120%變動時，引射系數(shù)隨著燃燒器的功率增加而少量減小，引射系數(shù)變化率為6.3%，實現(xiàn)了燃燒器的自適應(yīng)配風(fēng)功能。當(dāng)燃燒器負(fù)荷從25%增大到120%時，燃燒器的燃燒效率都能保持在99.2%以上，燃燒效率有顯著提高。當(dāng)燃燒器負(fù)荷小于40%時，燃燒溫度隨著燃燒器的功率增加而增加，當(dāng)負(fù)荷大于40%時，燃燒溫度基本穩(wěn)定在1650K。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

用 gambit 建立燃燒器的初步：對燃燒器湍流流動的模擬采用 k-ε 模型[41]很好的效果，能很好地模擬強湍流流動。采模擬燃料在燃燒區(qū)域的燃燒化學(xué)反應(yīng)，并采的相互作用�；究刂品匠叹捎糜邢奕莘e用 QUICK 格式，其余控制方程的離散采用結(jié)果得到優(yōu)化的燃燒器結(jié)構(gòu)，若得不到理想驗證。主要的研究流程如圖 1.1 所示。平臺，使用熱電偶測定燃燒的溫度分布和氣壓力值，通過煙氣分析儀分析煙氣成分，計量，測定引射器混合段混合氣體狀態(tài)和流量量和空氣流量的比值，從而研究引射式燃燒實際需求參數(shù)

圖 2.1 燃燒器工作原理Fig. 2.1 Working principle of the burner由于缺少生物質(zhì)甲醇燃料引射式燃燒器的設(shè)計資料，本課題中理論設(shè)計是參照燃?xì)馊紵鞯脑O(shè)計理論，完成燃燒器的初步設(shè)計，通過后續(xù)的數(shù)值模擬研究，來進(jìn)一步優(yōu)化原始設(shè)計，使之能夠滿足生物質(zhì)甲醇燃料燃燒的要求。2.2 燃燒器設(shè)計理論計算根據(jù)燃燒器設(shè)計的額定工作參數(shù)，參照相關(guān)文獻(xiàn)和燃?xì)馊紵髟O(shè)計資料，對燃燒器燃料流量、空氣流量進(jìn)行理論計算。最后根據(jù)計算結(jié)果和燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算公式，對燃燒器各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計算。2.2.1 燃燒器負(fù)荷設(shè)計本課題設(shè)計燃燒器，主要應(yīng)用于工業(yè)爐窯加熱，根據(jù)實際工業(yè)需求和兼顧考慮實驗室儀器的額定工作參數(shù)、數(shù)值模擬運算量、以及燃燒器實物加工難易程度等因素后，設(shè)定燃燒器的額定輸出功率為 100kW。實際燃料參數(shù)如表 2.1 所示。

圖 2.2 燃燒器結(jié)構(gòu)簡圖Fig. 2.2 Burner structure diagram2.3.1 汽化器設(shè)計計算汽化器的設(shè)計依據(jù)是燃料的汽化傳熱量和傳熱原理。燃料在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，一部分傳遞到汽化器內(nèi)。液體燃料進(jìn)入汽化器螺旋管內(nèi)被加熱，逐漸變成燃料蒸汽，再進(jìn)入燃料噴嘴引射空氣[48-49]。①熱流量計算32 1 ,( )g q CH OH g cL t t Q L（2.10）其中：Φ 是汽化器的熱流量，單位 W；c是燃料的比熱容，單位 kJ/(kg·K)；Lg是燃料的質(zhì)量流量，單位 kg/s；Qq,CH3OH是甲醇汽化潛熱，單位 kJ/kg；t2是汽化器出口溫度，單位 K；
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2835609