船用天然气燃烧装置燃烧特性数值模拟

摘要

为了解决大型液化天然气运输船配套天然气燃烧装置设计制造技术国产化的瓶颈问题，明晰其计算方法和机理，通过数值模拟方法，研究某天然气燃烧装置的流动和燃烧特性。分析了中心风入口结构、折算过量空气系数对装置内速度场、最高温度、出口温度以及组分分布的影响，确定天然气燃烧装置的最优结构和运行参数，在及时点火而且清洁燃烧的同时保证装置的冷却效果。研究结果表明：装置结构决定辅助风与中心风的配风比，配风比随中心风入口截面积的增大而减小；当中心风入口截面积小于0.45 m²时，配风比大于14.27,可以点火燃烧；当中心风入口截面积大于0.5 m²时，配风比小于13,装置不能着火；随着中心风入口截面积的增大，最高温度逐渐降低，出口CO浓度先增大后减小；装置结构不变时，随着折算过量空气系数的增大，天然气燃烧装置的最高温度和NO浓度先增大后减小，平均温度和出口排烟温度呈线性降低；中心风入口截面积为0.45 m²、过量空气系数为7.0是最优设计结构和最优运行工况，能有效降低装置内燃烧最高温度和出口NO等浓度。研究结果可为天然气燃烧装置国产化设计、运行和优化提供一定理论指导。

关键词

液化天然气船 / 天然气燃烧装置 / 燃烧特性 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51376148)