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在全球能源紧缺的背景下,开发和利用生物质能源具有非常重要的现实意义。生物质通过快速热解液化可以转化为生物油,可在一定程度上替代和弥补化石燃料的不足。目前,生物油最为经济可行的利用方式是作为工业窑炉和燃油锅炉的燃料直接燃烧使用。为了实现生物油的稳定燃烧,需要对燃烧进行有效地监测。本文在广泛查阅相关文献及调研现有技术的基础上,从工程实际出发,应用可视化仿真技术,进行了生物油燃烧仿真系统的研究、设计和开发。研究内容主要包括三个方面:工况参数的在线监测、生物油燃烧动态仿真原理和生物油燃烧仿真系统集成。
选用涡街流量计测量生物油、一次风、二次风的流量信号,选用热电偶测量相应的温度信号。所选测量手段可靠性较好,经济性较高,所得信号可以方便地转换为标准信号,便于接入监控系统。
大多数工业锅炉都配有火检装置,主要监测火焰是否熄灭,对炉内火焰分布则不能进行有效监测。数值模拟可以方便地研究炉内燃烧和传热的详细过程,但其实时性不好。为了实现对炉内火焰分布的实时监测,本文提出了一种基于数值模拟的动态仿真方法:首先建立炉内燃烧工况的数值计算模型,利用Fluent商业软件对各种典型工况下的温度场进行离线数值模拟:然后对离线数值模拟结果进行分析处理,得到各主要操作参数对炉内各点温度的影响因子,建立合理的动态仿真数学模型;最后利用数学模型和在线监测得到的风、油的流量和温度等参数,在线计算炉内特征剖面的温度分布,再将计算结果通过伪彩云图表现出来,实现炉内温度场的动态显示。
介绍了仿真系统软硬件的主要组成和搭建方法,并对系统效果进行了测试。测试结果表明,1.本文采用的方法可以大大降低在线动态仿真的时间复杂度和计算量,使得程序具有一定的实时性;2.动态仿真计算数据与数值模拟结果的最大绝对误差小于103.76℃,最大相对误差小于8.87%;3.实现了燃烧温度场的动态显示,可以满足工程的基本需要,并为生物油燃烧应用提供有益帮助。