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船舶双燃料锅炉混燃燃烧特性研究
摘要
随着不断紧张的能源形势,人们对清洁能源的关注度逐年提升。天然气燃烧产生的
污染小,并且具备良好的经济性及可靠性。本文针对双燃料锅炉,以柴油与天然气作为
双燃料锅炉的燃料,对燃油燃烧过程及燃料切换过程中气液双燃料混合燃烧过程进行进
行数值模拟计算,分析火焰长度、最高燃烧温度等燃烧特性,并对其进行结构改进。
首先对双燃料锅炉建立几何模型,划分网格并进行局部加密,选取适宜计算模型,
对模型进行了可行性验证与网格无关性检验。通过对不同工况进行数值模拟得到速度场
及温度场,对比分析流场特点及成因,并对燃烧特性进行了分析与总结。
在燃油燃烧模式下,分别分析了过量空气系数分别为1.05、1.1、1.15及1.2,热负
荷分别为70%、80%、90%及100%,一二次风配比分别为3:97、4:96、5:95、6:94
及7:93时,炉膛及燃烧器内最高燃烧温度的变化、高温区及火焰长度等燃烧特性。得
到该模式下,可以发现过量空气系数过大时会带走更多热量。热负荷减低的情况下,燃
油雾化质量变差,最高燃烧温度升高,但高温区面积减小。还得到高配风比可以强化燃
油雾化质量以降低最高燃烧温度,令出口温度分布更均匀等结论。
在燃油燃烧特性的基础之上,对燃料切换过程中的混合燃烧过程,关于气体燃料占
比范围在0%-100%内,进行了混燃燃烧特性数值研究。得到不同气体燃料占比下火焰长
度的变化规律。并且选取了30%、50%及70%的气体燃料占比情况下,分别进行了关于
一二次风配风比及空气总量对混合燃烧过程的影响进行了探究。总结了配风比的升高,
会使得最高燃烧温度和出口平均温度降低,在空气总量增大时,火焰长度会缩短等结论。
考虑到混燃过程中火焰长度问题,对燃烧器结构进行了改进优化。分别对二次风叶
片角度为18°、21.5°、25°及28.5°进行了建模及仿真计算。得到了在气体燃料占比
分别为30%、50%及70%时不同二次风叶片弯曲角度下的燃烧特性。并且进行了关于一
二次风配风比在气体燃料占比为50%,不同叶片弯曲角度条件下的影响研究。发现在叶
片弯曲角度为28.5°时,配风比为6:94情况下,最高燃烧温度达到最大值为2286.885K。
对比火焰长度,及出口平均温度等因素,得到了最佳二次风叶片弯曲角度为25°,并且
给出了当燃料切换过程中一二次风配风比合理分配。当气体燃料占比切换到50%时,
在最佳弯曲角度25°情况下,可适当减小配风比,以控制适当的火焰长度。
关键词:双燃料锅炉;燃料切换;燃烧特性;数值模拟
船舶双燃料锅炉混燃燃烧特性研究
ABSTRACT
Withtheincreasinglytenseenergysituation,inordertoreducetheconsumptionofoil
resourcesandreducethedegreeofenvironmentalpollution,peoplesattentiontocleanenergy
isincreasingyearbyyear.Naturalgascombustionproduceslittlepollution,andhasgood
economyandreliability.Inthispaper,dieselandnaturalgasareusedasthefuelofdual-fuel
boiler,andthecombustionprocessoffuelandgas-liquiddual-fuelmixedcombustionprocess
inthefuelswitchingprocessissimulated,combustioncharacteristicssuchasflamelengthand
maximumcombustiontemperatureareanalyzed,anditsstructureisimproved.
Firstly,thestructur