基于共轭传热的甲烷MILD燃烧炉内传热特性

为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制,建立了20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热(CHT)模型,开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟。通过对比模拟预测结果和试验测试数据,验证了模拟方法的可靠性。结果表明,Okafor反应机理虽能准确预测MILD燃烧炉内的温度及O、CO分布,但会过高预测NO生成量。通过对Okafor反应机理部分含N基元反应进行修正能够提高NO预测精度。通过对比耦合CHT模型前后燃烧炉内各壁面上的温度与热流密度分布,发现未耦合CHT模型时在炉膛前墙壁面出现了逆换热现象,与实际情况不符,说明耦合CHT模型在描述炉内传热特性方面精度更高。在耦合CHT模型基础上比较了MILD燃烧与传统钝体燃烧2种方式下炉内传热机制的差异,发现相较MILD燃烧,传统燃烧在所有炉壁上的温度均高20~40℃,导致传统燃烧在炉膛前墙、侧墙及后墙上的换热量比MILD燃烧分别高0.018、0.622和0.028个百分点,排烟热损失减少0.67%。进一步对各炉壁上的对流和辐射换热进行区分,发现MILD燃烧在前墙和后墙上的辐射换热量比传统燃烧分别高2.21和24.62 W,但对流换热量分别减小3.93和27.27 W。在侧墙上,MILD燃烧相较于传统燃烧辐射换热量减少290.71 W,对流换热量增加231.63 W。总体上,辐射换热在MILD燃烧和传统燃烧方式下的占比分别为70.72%和81.92%,对流换热占比分别为29.28%和18.08%。侧墙上辐射换热量的减少是导致MILD燃烧总体换热效率下降的主要原因,而更深层次的原因为MILD燃烧方式下更低的燃烧温度。

700℃超超临界锅炉热偏差与流量偏差对壁温特性影响的研究

采用燃烧与水动力耦合传热模型,通过壁温安全边界条件以及水动力约束条件,研究了无偏差以及分别存在热偏差和流量偏差时的水冷壁壁温分布规律。结果表明:在700℃、35 MPa超超临界参数下,无偏差时水冷壁壁温最大值为619℃;火焰中心偏移3m时,壁温最大波动为32℃;流量偏差-30%时,最大壁温为650℃。为保证5%设计安全裕度,应保证火焰中心偏移最大位置不超过3m;工质流量偏差不超过30%。

大容量超超临界锅炉水冷壁壁温特性研究

采用区域法建立二维小区计算模型,分别得到不同计算条件下烟气侧、工质侧以及二者耦合传热下模型截面上壁温分布规律,并与实测数据进行比较。结果表明:3种计算条件下耦合迭代模型计算的平均误差分别为2.66%、2.11%和2.38%,均远小于炉内辐射传热模型和管内换热模型的计算平均误差,表明耦合传热计算模型具有较好的准确性和适用性。