天然氣燃燒過程數(shù)值模擬及爐膛結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

【摘要】：一直以來,水套爐以其可靠的安全性能、簡單的結(jié)構(gòu)在油田油氣集輸工程中得到了廣泛應(yīng)用。但是,國內(nèi)油氣生產(chǎn)和輸送中使用的加熱爐,整體技術(shù)水平不高,與國際先進水平差距較大。因此,開展加熱爐數(shù)值模擬研究具有重要意義。本文使用數(shù)值模擬工具FLUENT對水套爐內(nèi)天然氣燃燒進行了數(shù)值模擬研究,分析了火筒內(nèi)流場、各組分分布、溫度分布和NOX污染物排放規(guī)律,結(jié)果表明,火筒內(nèi)能形成良好的回流,形成低氧環(huán)境,促進溫度均勻分布,降低排煙溫度,減少NOX污染物排放;分析研究了火筒殼體的溫度分布特性,分析表明,火筒殼體煙氣出口周圍形成局部高溫區(qū),導(dǎo)致熱應(yīng)力增大,容易發(fā)生燒穿事故,應(yīng)采取必要保護措施或進行加固;在以上模擬的基礎(chǔ)上,通過修改燃料氣與助燃空氣速度比以及燃料用量,對天然氣三維湍流擴散燃燒分別進行了對比數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明,過高的速度比不但會造成火筒內(nèi)O2和NOX濃度升高,還會造成火筒出口及火筒殼體出口附近溫度的升高;燃料量180m3/h時與其他情況相比較,能形成良好的低氧燃燒環(huán)境,降低火筒出口和火筒殼體出口附近溫度,以及降低NOX污染物排放。模擬結(jié)果為提高水套爐運行效率,確保水套爐長期、安全、穩(wěn)定的運行,降低NOX污染物排放提供了技術(shù)支持。 【關(guān)鍵詞】：水套爐 天然氣燃燒 耦合傳熱 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK229.8
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第1章 前言10-12
• 1.1 研究的背景及意義10-11
• 1.2 主要研究內(nèi)容11-12
• 第2章 油田水套加熱爐研究進展12-21
• 2.1 水套加熱爐的結(jié)構(gòu)形式12-14
• 2.1.1 爐型及范圍12
• 2.1.2 水套加熱爐基本結(jié)構(gòu)形式12-14
• 2.2 新型水套加熱爐14-21
• 2.2.1 概述14-16
• 2.2.2 新技術(shù)的應(yīng)用16-21
• 第3章 水套加熱爐燃燒數(shù)值模擬基礎(chǔ)21-51
• 3.1 數(shù)值模擬概述21
• 3.2 FLUENT 軟件簡介21-25
• 3.2.1 FLUENT 程序結(jié)構(gòu)22-23
• 3.2.2 FLUENT 程序的應(yīng)用范圍23-24
• 3.2.3 用FLUENT 程序求解問題的步驟24
• 3.2.4 FLUENT 求解方法離散格式的選擇24-25
• 3.3 物理模型及網(wǎng)格劃分25-28
• 3.4 數(shù)學(xué)模型28-48
• 3.4.1 湍流流動模型28-34
• 3.4.2 湍流燃燒模型34-41
• 3.4.3 輻射傳熱模型41-43
• 3.4.4 NO_x 污染物形成模型43-48
• 3.5 邊界條件48-51
• 3.5.1 入口邊界條件48-49
• 3.5.2 壁面邊界條件49
• 3.5.3 出口邊界條件49-51
• 第4章 模擬結(jié)果及分析51-85
• 4.1 設(shè)計燃料用量的模擬結(jié)果及分析51-67
• 4.1.1 流場特性51-52
• 4.1.2 各組分濃度場特性52-60
• 4.1.3 溫度場特性60-64
• 4.1.4 NO_x 污染物排放特性64-67
• 4.2 不同燃料與空氣速度比的影響67-78
• 4.2.1 不同燃料與空氣速度比對O_2 濃度場的影響67-72
• 4.2.2 不同燃料與空氣速度比對溫度場的影響72-75
• 4.2.3 不同燃料與空氣速度比對流場的影響75-76
• 4.2.4 不同燃料與空氣速度比對NO_x 排放的影響76-78
• 4.3 不同燃料用量的影響78-85
• 4.3.1 不同燃料用量對O_2 濃度場的影響78-80
• 4.3.2 不同燃料用量對溫度場的影響80-83
• 4.3.3 不同燃料用量對NO_x 排放的影響83-85
• 第5章 結(jié)論85-87
• 參考文獻87-90
• 附錄90-102
• 致謝102-103
• 個人簡歷、在學(xué)期間的研究成果103

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