| 生物質顆粒燃燒機結構改進 |
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價格：16000 元(人民幣) | 產地：河南鄭州 |
| 最少起訂量：1臺 | 發貨地：河南鄭州 | |
| 上架時間：2019-03-17 08:38:58 | 瀏覽量：144 | |
鄭州達冠節能環保設備有限公司
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生物質顆粒燃燒機結構改進 摘要：以某石油化工煉油廠在用的生物質顆粒燃燒機為研究對象，對生物質顆粒燃燒機中燃燒道出口結構提出了3種改進方案，并應用CFD軟件Fl。UF.NT對生物質顆粒燃燒機結構改進前后的燃燒過程進行了數值模擬，得到了燃燒單元內速度、溫度及組分分布等相關參數。結果表明，減小燃燒道出口截面積能有效地提高煙焰的射流影響，大幅增加燃燒單元內對流傳熱比例，生物質顆粒燃燒機火焰穩定、剛勁有力，加熱效果良好。在3種改進方案中，使用圓臺形出口時生物質顆粒燃燒機性能提升最為明顯。 陋著石油化學工業的發展，管式加熱爐在石油煉制、石油化工、化肥、化纖等工業中的應用越來越廣泛。它利用燃料在爐膛內燃燒時產生的高溫火焰與煙氣作為熱源，加熱爐管中高速流動的物料，使其在管內進行化學反應，或達到后續工藝過程所要求的溫度n]。在管式加熱爐中，生物質顆粒燃燒機產生熱量，其性能對加熱爐燃燒效率、燃燒穩定性、爐內溫度分布、污染物的排放等因素具有決定性的影響。通常1個完整的生物質顆粒燃燒機包括燃燒道、配風器、噴嘴3部分。三者相互配合，保證生物質顆粒燃燒機的正常運行。燃料噴嘴是供給燃料并使其充分燃燒的部件；配風器的作用是使燃燒空氣與燃料良好混合并形成穩定而符合要求的火焰形狀；燃燒道也叫火道，萁耐火材料蓄積的熱量為火焰根部提供了熱源，有助于形成穩定的燃燒，燃燒道還能約束空氣，使空氣和燃料混合而不致散溢，與配風器一起使氣流形成理想的流型。 在生物質顆粒燃燒機使用過程中經常會出現燃料燃燒不完全、火焰飄散、爐膛內溫度分布不均勻等現象，針對這些存在的問題，對生物質顆粒燃燒機進行結構改進，提高其燃料燃盡率，獲得良好的加熱效果具有較大的現實意義。在以往的生物質顆粒燃燒機結構研究中，噴嘴結構和配風方式往往是人們研究的熱點、重點，對燃燒道結構的研究鮮見報道心]。 筆者結合生產實際，選擇某煉油廠在用的1臺生物質顆粒燃燒機為研究對象，對燃燒道結構提出了3種改進方案，并利用CFD軟件FLUENT對生物質顆粒燃燒機結構改進前后的燃燒過程進行數值模擬。通過對燃燒單元內速度、溫度及組分分布等參數的對比，驗證了結構改進的合理性，并選擇出了最優方案，對新型燃燒器開發以及生產實踐具有一定的指導意義。 1 生物質顆粒燃燒機幾何模型的確定與網格劃分 根據現場測繪數據選定燃燒單元，對單臺燃燒器的燃燒過程進行數值模擬。燃燒單元高16 m、直徑4m，頂部為圓臺形出口，出口直徑2m。燃燒器位于燃燒單元底部中心位置，燃燒單元及生物質顆粒燃燒機結構如圖1所示。初始結構中噴嘴位于燃燒道底部中心位置，助燃空氣在燃燒道底部和側壁分兩級供入，燃燒道出口處為圓柱形腔體。改進后的燃燒道減小了出口截面積，出口處腔體形狀分別為棱柱形、圓柱形和圓臺形，且出口截面積相等。由于生物質顆粒燃燒機結構相對復雜，在網格劃分時對燃燒器噴嘴、燃燒道及燃燒單元中下部等流動參數梯度變化較大的區域進行了網格加密。整個模型共生成200萬非結構化四面體網格，網格數量滿足計算精度的需要。 2 生物質顆粒燃燒機數學模型及計算條件 2.1 數學模型的設定 基于物理模型的復雜性，為生物質顆粒燃燒機選擇標準k-e兩方程湍流模型。它是在一方程模型的基礎上新引入1個關于湍流耗散率￡的方程后形成的，是目前使用最廣泛的湍流模型臥_5]。氣相燃燒采用PDF模型，該模型不必求解每1個組分輸運方程，而是解1個或2個守恒標量的輸運方程，然后從預測的混合分數分布推導出每1個組分的濃度。輻射模型采用能夠符合要求且計算量較小的P-l輻射模型[6-7]。 2.2 計算條件的設定 燃料氣中Cs Hs體積分數為49. 6%，C。H．．，為50.4%。燃料和助燃空氣溫庋均為300 K，過剩空氣系數為1. 05。燃料和助燃空氣入口為速度入口邊界條件，出口為壓力出口邊界條件，爐膛、火道壁面設為定溫壁面，溫度800 K，其他壁面簡化為絕熱壁面。 3 生物質顆粒燃燒機模擬結果分析 3.1 流線圖與速度場 圖3為燃燒道結構改進前后燃燒單元內流線圖。燃料通過燃燒將化學能轉化成高溫煙氣的內能，內能又轉化成動能使煙氣高速噴入輻射室，產生射流作用，在噴口處較大范圍內形成1個負壓區，拉動燃燒單元中部的煙氣向底部回流。煙氣的回流速度和機械擾動強度隨著生物質顆粒燃燒機結構的不同而有所差異。 圖4為燃燒道結構改進前后燃燒單元內的速度分布。從圖4可以更清晰地看出燃燒道結構變化對燃燒單元內速度分布的影響。燃燒道結構改進前，基于LFI)計算的生物質燃燒機結構改進研究氣以15 m／s的速度噴入燃燒單元中，在射流作用影響下，燃燒單元中下部靠近壁面處煙氣發生回流，此處的速度比回流中心區域要偏高。采用四棱柱形出口、圓柱形出口和圓臺形出口對燃燒道進行結構改進后，由于燃燒道出口截面積縮小，煙氣噴出速度有所增大，其射流影響也更為強烈，燃燒單元內煙氣回流速度和機械擾動強度都有了顯著的提高。其中，使用圓臺形出口時，煙焰的射流影響最為強烈，這主要是因為圓臺形縮口所導致的煙氣動能損失最小。隨著射流作用的減弱，這幾種燃燒道結構下的燃燒單元內速度逐漸衰減，燃燒單元內的徑向速度趨向均勻；到達燃燒單元出口時，由于截面積突然縮小，速度有一定程度的增大。 3.2 燃料燃燒情況 由于CO是烴類燃料在燃燒過程中的中間產物，因此可以用它來近似表征燃燒過程中火焰的大致形狀，如圖5所示。從圖5可蟻看出，燃燒道結構改進前后燃料都能夠燃燒完全，但CO分布范圍差異較大。燃燒道結構改進前，燃燒過程要延伸到燃燒單元中部才能完成；減小燃燒道出口截面積后，燃燒在一個較小的區域中即可完成，其中使用圓臺形出口時燃燒過程最為迅速、徹底。 燃燒道結構改進前在燃燒單元中下游區域由于氧氣與可燃組分混合不夠充分，燃料未能充分燃燒；隨著煙氣向上游移動，燃燒過程持續的距離較長，這種情況下火焰疲軟無力，高溫煙氣的射流作用較低，不利于燃燒單元內的溫度均勻分布。減小燃燒道出口截面積后，3種結構下燃燒過程都能在較短的時間、較小的區域內完成，燃燒產生的高溫煙氣的射流影響大大增強。 3.3 溫度場 對燃燒道結構改進的最終目的是獲得更好的加熱效果，圖6直觀地表示出了燃燒道結構改進前后加熱效果的差異。通過對燃燒單元內速度場及CO質量分數分布的分析可以看出，燃燒道結構改進前煙氣射流作用較弱，燃燒單元內對流循環強度不高，這導致了燃燒核心區存在較大面積的局部高溫區，燃燒單元內溫度不均勻系數增高。這種情況一方面容易導致加熱爐內爐管受熱不均勻，產生結焦；另一方面還助長了氮氧化物的生成，嚴重危害環境及人休健康。 減小燃燒道出口截面積后隨著煙氣射流作用的增強，燃燒單元內煙氣回流和機械擾動強度越來越高，高溫區和低溫區的煙氣相互混合，大幅度提高了燃燒單元上部低熱強度區域的熱強度，降低了下部局部高溫高熱強度區域的溫度和熱強度，有效降低了燃燒單元內溫度分布不均勻系數。改進后的燃燒器結構中，由于圓臺形出口阻力損失最小，其射流作用最為強烈，燃燒單元內溫度梯度最小，溫度分布最為均勻。 4 生物質燃燒機模擬結果與現場數據對比 圖7為生物質燃燒機結構改進前模擬得到的火焰形狀與加熱爐現場火焰的對比。從圖7(a)可以看出，在燃燒核心區域上方仍存在部介未燃盡的CO，燃燒不夠徹底，火焰收斂性較差。從圖7(b)可以看出，火焰飄散、疲軟無力，燃燒過程延伸的距離較長，火焰收斂性差。圖8為使用圓臺形出口燃燒道時數值模擬得到的火焰形狀與加熱爐現場火焰的對比。可以看出，模擬得到的火焰呈瘦長形，火焰收斂性很好，燃燒徹底；現場火焰剛勁有力，燃燒穩定、徹底，火焰收斂性很好。通過對比可以看出模擬結與現場火焰吻合較好。 5 結 論 在原有生物質燃燒機結構基礎上減小燃燒道出口截面積，能有效地提高煙焰的射流作用，燃燒單元內回流速度及機械擾動強度有了顯著的提高，大大降低了溫度不均勻系數。在3種改進方案中，燃燒道出口腔體為圓臺形時生物質燃燒機性能提升最為明顯。 |
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