煤粉无焰燃烧的基础实验-研究与数值模拟

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文致谢本文是在导师周志军教授的悉心指导下完成的。周老师在论文的选题、研究理论、框架结构、数据整理，直至论文的撰写、修改和定稿等各个环节都给予了耐心的指导和支持鼓励。周老师学识渊博，治学严谨、工作脚踏实地，为人和蔼极具亲和力，具有非常丰富的项目经验和生活经验，这些都深深地感染和激励着我。能成为您的学生，我感到非常幸运，在您身上，我学到了科学的研究方法、得到了很多生活中的建议，您的教诲与鞭策将激励我在今后人生道路上励精图治、开拓进取。在论文的完成之际，谨向周老师表示衷心的感谢和崇高的敬意!感谢水煤浆组老师岑可法院士、周俊虎教授、刘建忠教授、王智

2、化教授、黄镇宇教授、程军教授、成少安教授、杨卫娟副教授和张彦威副教授在科研上给予我的指导和帮助。感谢水煤浆组厉师傅在试验台架和实验中给予的帮助。感谢钱彬、吉伟、陈立平、郭隆真在实验台搭建和实验过程中给予的帮助，感谢师兄师姐黄昱硕士和赵凤荣硕士在科研上的鼓励和支持，感谢张译文的帮助和关心。感谢万凯迪师兄、许岩伟师兄和刘颖祖师弟在Fluent软件应用上的帮助。感谢好友张明慧、唐慧儒、许姣、张明，．在日常生活上给予温暖的帮助和关心，让我的生活充满欢声笑语，一起分享我的喜怒哀乐，与你们一起的时光是温馨美好的回忆。感谢热能硕士1203班的每一位同学，感谢你们的帮助和关心，为我

3、营造一个温馨有爱的学习环境。祝愿你们能够有称心的工作，幸福的家庭!感谢我的男友多年以来对我的包容和照顾，感谢你在我迟疑、犹豫的时候给我安慰，在我开心、成功的时候陪我一起欢呼，我们相互鼓励共同走过艰辛枯燥的科研路，愿我们携手创造美好未来。感谢我的姐姐、姐夫一家，你们的关心和鼓励是我前行的动力。最后特别感谢我的父母，眨眼间离家求学十载，一路上你们的教导、支持、关怀与爱让我安心，也是我前进的最大动力，我所得到的一切都源于你们无私的付出，任何言语都无法表达我的谢意!愿我的家人身体健康!一路走来，需要感谢的人太多，我始终心怀感激。谨以此文献给所有关心我、支持我、爱护我、帮助过

4、我的亲人及朋友，祝愿我们都有一个美好的未来!最后，感谢各位评委在百忙之中抽出宝贵的时间来评阅本人的论文!钟莹2014年12月于浙大求是园万方数据浙江大学硕士学位论文摘要摘要我国的一次能源结构以煤为主，煤燃烧在提供必要的热能与电能的同时，也带来严重的环境污染，燃煤过程中释放的NOx已成为我国最主要的污染物之一。与传统燃烧方式相比，无焰燃烧技术因其具有高效炉膛辐射换热、温度场分布均匀、低CO及NOx排放、噪音小等优势而得到广泛关注，国际燃烧学会已将其定义为一种新型燃烧方式。但目前针对该技术中煤粉燃烧的研究较少。本文通过基础实验和数值模拟相结合的方式研究了煤粉无焰燃烧的燃

5、烧特性和排放特性，从而对无焰燃烧的理论和应用的进一步发展提供基础指导。论文首先选取了大同烟煤、伊敏褐煤和新疆赛尔煤三种不同的煤质作为研究对象，在自行搭建的水平管式炉实验台上，开展了较高温度以及低氧条件下煤粉燃烧的基础实验，研究了助燃气氛、管式炉温度、氧气体积分数和气体流量对燃烧特性和污染物排放特性的影响。研究发现，对比02／N2和02／Ar气氛，煤粉在02／C02气氛下燃烧的NO峰值浓度为其他两种气氛的一半，大量CO的存在降低了NO排放。燃烧炉温度的升高对NO的释放有促进作用，但温度达到1300．1350K后，NO的总排放量反而降低。当氧气体积分数低于10％时，NO

6、释放量较低，当氧气体积分数从10％变化至21％，NO释放量快速增长。含氮量、固定碳与挥发分的比例以及挥发分含量均为影响N转化的重要因素。同时，本文在查阅并总结其他以煤粉、锯木粉、天然气为燃料的无焰燃烧炉设计的基础上，以大同烟煤为研究对象，对煤粉无焰燃烧炉进行初步的结构设计并进行验证。最后，本文利用数值模拟的方法对所设计的煤粉无焰燃烧炉进行模拟，研究了助燃气氛、预热温度、氧气体积分数和射流速度等参数对煤粉无焰燃烧的影响。模拟结果表明，02／C02气氛更利于低NOx的排放和温度场的均匀性；助燃气氛预热温度越高，卷吸越强，温度分布越均匀，但NOx排放随之升高；较低的氧气体

7、积分数有利于提高温度场均匀性、加强烟气卷吸率，同时也降低NOx排放；射流速度的能最大程度提高卷吸率，但速度过高会导致煤粉燃烧不充分。相似炉型的常规燃烧NOx排放为75．45mg／MJ，而本燃烧炉的NOx排放最低能达到27．33mg／MJ。总体来说，在无焰燃烧方式下，炉膛的峰值温度较低，温度分布均匀，烟气卷吸强度大，NOx、CO的排放非常低。关键词：煤粉燃烧；无焰燃烧；实验研究；燃烧特性；NOx排放特性；数值模拟Ⅱ万方数据浙江大学硕士学位论文ABSTRACTThemainprimaryenergyofChinaiscoal．Coalcombustionprovid