wns型燃 气锅炉炉膛出口烟温的影响因素研究

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1、北京石油化工学院学报第23卷第1期Vo1．23NO．1JournalofBeijingInstituteof2015年3月Mar．2O15Petro—chemicalTechnologyWNS型燃气锅炉炉膛出口烟温的影响因素研究任静浩，刘远超，吴立志，周淼(1．北京石油化工学院机械工程学院，北京102617；2．北京石油化工学院工程师学院，北京102617)摘要：WNS型燃气锅炉因其结构简单、节能、环保、效率高等特点受到人们广泛关注。燃气锅炉在国内的需求量每年逐渐上升。燃气锅炉炉膛出口烟气温度的大小对燃气锅炉的性能有直接影响，而燃料的种类、炉膛的形状和过量空气系数对炉膛出VI烟气温度有着重

2、要的影响，尤其是过量空气系数。为了详细研究炉膛出口烟气温度的影响因素，利用FLUENT软件对直形炉胆和波形炉胆数值进行模拟；过量空气系数取1．05、1．10、1．15、1．20、1．25；分别选用天然气、炼焦煤气和液化石油气3种燃料。通过对不同种工况下炉膛的燃烧进行数值模拟，得出理论分析数据，可以为WNS型燃气锅炉的实际运行、优化设计和制造提供理论支持，具有一定的工程应用价值。关键词：WNS；燃气锅炉；出口烟温；影响因素中图分类号：TK174文献标志码：A近年来，随着我国改革开放的深化和经济空气系数对炉膛出口烟气温度有着重要影响，其建设步伐的加快，对环保提出了更高要求。民中过量空气系数是影

3、响炉膛出口烟气温度的最用燃气锅炉取代燃煤锅炉是一个必然的发展趋主要因素，也是研究的重点。为了研究不同工况势l_1]，所以燃气锅炉的需求量不断增加。卧式下燃气锅炉的燃烧情况，对单回程WNS型燃气内燃室燃(WNS)型燃气锅炉是我国近几年集锅炉在不同燃料、炉膛形状和过量空气系数下炉国外先进经验与技术而改进的一种中小型燃气膛内的燃烧进行数值模拟，探究各影响因素对炉锅炉，广泛应用于工业、家庭、宾馆、医院等部门膛出口烟气温度的影响规律。和场所。笔者分别采用直形炉胆和波形炉胆，选取锅炉的炉内过程非常复杂，炉内同时进行天然气、炼焦煤气和液化石油气3种燃料，因为着流动、传热和燃烧过程，而且这些过程相互作工业

4、燃气锅炉的过量空气系数一般为1．O5～用、相互影响。数值模拟方法根据炉内湍流流1．20Ⅲ5]，为了更详细分析炉膛内部的不同工况动、传热传质和燃料燃烧的基本理论建立数学下的燃烧情况，适当地将过量空气系数提高到模型，得到温度场、各气相组分的浓度分布以及1．2以上，故过量空气系数分别取为1．05、1．1、颗粒的运动轨迹等。数值模拟方法速度快，获1．2、1．3。进口空气采用常温空气，燃气的入口得的信息量大，能全面预报炉内的流动、传热和速度保持不变，通过FLUENT软件的模拟，观燃烧过程，从而为锅炉的设计、运行和改造提供察多种不同工况下炉膛内温度、速度、二氧化碳参考依据，具有重要的工程应用价值和广泛

5、的体积分数等参数的变化情况。应用前景13]。炉膛出口烟气温度的大小对锅炉的性能有1模拟模型及方法直接的影响。而燃料的种类、炉膛的形状和过量模拟采用扩散式燃烧器，即燃烧所需要的空气在喷1：1前不与燃气混合，而是在离开喷口收稿日期：2Ol4一O9一O3后靠扩散的方式混合。由于锅炉的结构比较复作者简介：任静浩(1989一)，男，硕士生，E—mail：renjinghao@bipt．edu．cn。杂，故可以对锅炉炉膛进行如下简化：第1期任静浩等．WNS型燃气锅炉炉膛出口烟温的影响因素研究21(1)只保留炉膛的基本外形结构，忽略其他锅计算用的燃气成分如表2～表4所示。炉附件。将炉膛简化为圆筒形，直径

6、为950mm，表2天然气成分表长度为4025mm，回燃室长度为500mm，直径为成分CH4C2H6C3H8C4HloC5HlzCsCO2Nz1100mm，炉膛出口直径为600mm。体积分数／％9620．50．20．050．050．61．5(2)燃烧器只保留燃烧器的主体部分，即套管式燃烧器，燃气喷口直径为44mm，圆环形空气进口外径为950mm。直形炉胆和波形炉胆的结构如图1和图2所示。堕坌呈!!!呈!!旦!旦!／‘蠢／／_一体积分数／541．5104．526．2_一各燃气的燃烧计算结果如表5所示。／2556I＼烟3170‘口3670表5燃气燃烧计算的结果4025名称天然气炼焦煤气液化石油气

7、图1直形炉胆的结构理论空气量／(Nm0·Nm一”)14．464．21实际空气量／(Nm。·Nm)17．355．05实际烟气量／(Nm。·Nm)13．67．25燃料消耗量／(Nm。·h)449933烟气总容积／(Nm0·h)6106．46764．25低位发热量／(kJ·m)36549．617589图2波形炉胆的结构3数值模拟结果与分析根据炉膛的结构利用Gambit软件进行网3．1天然气燃烧的数值模拟格划分，采用三维非结构网