空气含湿量对燃气轮机燃烧性能影响

参考某型燃气轮机燃烧室,建立了全尺寸燃烧室数值模型,并结合电厂实际运行数据,研究了空气含湿量对燃气轮机扩散燃烧和预混燃烧性能的影响。结果表明,湿空气会增加燃烧室火焰高度,降低燃烧室出口平面平均温度,且含湿量越大,火焰高度越高,燃烧室出口平面温度越低,燃烧室NOx排放越低。燃烧室出口平面温度分布系数?T随含湿量的变化规律与燃烧方式相关:在扩散燃烧模式下,其随空气含湿量增加而减小;在预混燃烧模式下,?T随含湿量增加而增加;相比干空气,采用湿空气燃烧,燃烧室内压力脉动主频振幅增加,燃烧室燃烧稳定性变差。     

空气掺混CO2对CH4燃烧特性影响

采用数值模拟对空气掺混CO₂后与CH₄的燃烧特性进行了研究,分析不同CO₂掺混率对燃烧室温度场、速度场及污染物NO_x排放的影响。结果表明:提高CO₂掺混率,燃烧室高温区面积减少,最高温度降低,出口温度也逐渐下降;燃烧室回流区面积减小,不同径向截面处的轴向速度峰谷差降低,平均轴向速度逐渐下降。综合空气掺混CO₂后与CH₄完全燃烧的流场特性,认为该燃烧室模型对应的最佳CO₂掺混率为10%。     

褐煤半焦贫氧旋风燃烧特性研究

在实验室规模的小型立式旋风筒中,对工业制备的内蒙古锡林浩特褐煤半焦的贫氧旋风燃烧特性进行了试验研究。结果表明:在过量空气系数为0.5~0.9时,贫氧燃烧产物的热值在1 500~3 500kJ/m3之间,且随着过量空气系数的增加而降低;随着过量空气系数增加,半焦燃烧碳转化率增高,当过量空气系数0.6时,半焦燃烧碳转化率97%,炉内燃烧区温度升高,在过量空气系数为0.7时,燃烧区温度可达1 280℃,高于灰熔点,这对保证液态排渣非常关键;给料量增加对半焦燃烧特性影响不大,表明旋风筒燃烧室对燃烧褐煤半焦具有良好的负荷调节特性;贫氧燃烧条件下,旋风筒NO的排放质量浓度较低,随着过量空气系数和给料量的增加,旋风筒NO的排放质量浓度提高。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。     

过量空气系数对粗煤气燃烧特性影响的实验研究

对粗煤气在不同过量空气系数下的燃烧特性进行了研究。实验结果表明,过量空气系数的变化对粗煤气的燃烧温度分布和燃烧产物有较大的影响,即过量空气系数较大时,燃烧温度较高,燃烧室中心处氧气浓度较低且二氧化碳浓度较高。因此,采用合理的过量空气系数有利于提高粗煤气的燃烧温度,还可以进一步促进粗煤气的燃烧完全。     

不同比例氨与煤混燃试验研究

氨作为一类技术成熟、储运成本低廉的零碳燃料，部分替代煤可以成为“双碳”目标下火电机组前端减碳的有效途径。针对氨作为替代燃料开展研究，利用一维火焰炉和着火炉等试验设备研究了氨与典型烟煤混合燃料的燃料特性，详细研究并分析了氨/煤混合燃料着火性能变化、不同比例氨混合燃料强化燃烧与污染物控制技术，发现氨与煤预混燃烧不利于NO_x控制，通过燃料分级、燃烧过量空气系数或氧量控制、空气分级燃烧，可以实现氨掺混时较低的NO_x生成和较好的燃烧效果，试验得出热值比例25%氨分别与典型烟煤混合燃烧时运行控制建议。     

过量空气系数对DLN燃烧室性能影响的基本规律

进行了某重型燃气轮机(E级)燃烧室燃用天然气的试验,给出了在设计功率下过量空气系数在2.7～5.0时,燃烧室出口温度场、燃烧效率、污染物排放以及火焰筒壁温的变化趋势,以及过量空气系数对燃烧室性能影响的基本规律。随着过剩空气系数的增加,燃烧室出口温度场更均匀,NOx排放量下降,但过大的过量空气系数会导致燃烧效率下降。     

绝热燃烧室内弛放气燃烧特性的实验研究

为保证多联产系统中燃气-蒸汽联合循环发电系统稳定运转,使燃料气能够稳定、充分地燃烧,确保燃气轮机的安全运行,通过设计的实验系统,对弛放气燃烧特性进行了系统的实验研究。采集了在燃烧喷嘴直径一定、燃气流量一定的条件下,弛放气在绝热燃烧室内扩散燃烧时的温度和燃烧产物浓度随过量空气系数变化的数据,得到了在不同过量空气系数下燃烧室内径向温度分布和轴向温度分布的数据及燃烧产物浓度的变化规律。为多联产系统燃气-蒸汽联合循环发电系统控制方案的制定提供了依据。     

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明:由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。     

R0110重型燃气轮机燃烧室污染排放性能研究

我国研发的R0110重型燃气轮机采用干式低污染燃烧室设计。燃烧室具有2种工作模式,为检验其排放性能,在低压模拟条件下针对模式I进行了单管试验。结果表明,在整个负荷范围内,NOx排放均远远超标;CO在负荷≥0.7后均满足设计要求;当参照GE公司DLN燃烧室的设计特点降低值班燃料比例后,NOx反而增加。分析认为,NOx超标的原因主要是预混燃料比例偏低,预混均匀性相对不足,燃烧区过量空气系数的设计不合理,致使燃烧温度偏高。值班燃料的负面影响是由于原始设计使局部形成了富燃料燃烧的状态。针对以上问题,提出了进一步改善燃烧室的污染排放特性的措施建议。     

330 MW机组煤粉炉还原区喷入水煤浆热解气还原NOx数值模拟

以330 MW机组煤粉锅炉为研究对象,采用数值模拟方法研究了水煤浆热解气的脱硝作用,重点讨论了主燃区过量空气系数α₁和热解气比例β对炉内燃烧特性和NO_x排放的影响规律。结果表明：当β保持不变时,随着α₁减小,主燃区温度降低,燃尽区及炉膛出口温度升高;同时,α₁的减小增强了主燃区的还原性气氛,有利于提高热解气的脱硝速率,从而降低炉膛出口的NO_x质量浓度,但α₁的减小会影响煤粉的燃烧性能并使得炉膛出口CO增多;随着β的增加,炉膛火焰中心上移,热解气对NO_x的还原速率升高;当β从5%增至20%时,炉膛整体的NO_x质量浓度呈现先减小后增大的趋势,β=15%时NO_x质量浓度最低,热解气的NO_x还原效率为44.35%。     

含氮低热值气体燃烧NO_x排放特性研究

对燃用生物质等含氮固体原料低热值气化燃气时NO_x的排放特性进行实验研究。利用NH_3作为燃气中的含氮组分模化物,与多种组分气按比例掺配组成人工燃气,考察含氮燃气在预混燃烧和强制对流扩散燃烧条件下,NH_3质量浓度、燃烧温度、过量空气系数对NO_x排放的影响。结果表明:含氮燃气燃烧产生的NO_x主要是NO,生成的少量NO_2主要由NO氧化形成;随NH_3质量浓度增加,NO排放质量浓度增加,但是NH_3转化为NO的比例降低,预混燃烧比强制对流扩散燃烧条件下NH_3向NO的转化率高;预混燃烧条件下,温度越高NO排放质量浓度越高,而强制对流扩散燃烧时,NO排放质量浓度在低温区随温度升高而升高,但是在高温区有降低趋势;过量空气系数对强制对流扩散燃烧条件下NO排放的影响大于预混燃烧,过量空气系数对2种燃烧条件下NO_2的排放都有促进作用;在一定的燃烧温度和NH_3质量浓度下,分级燃烧组织中存在一个合适的预混比40%,使得NO的排放质量浓度最低。     

神府烟煤和云南劣质烟煤富氧分级燃烧特性试验研究

为探索富氧燃烧高效低氮燃烧的途径，在东方锅炉试验中心下行炉上开展神府烟煤、云南劣质烟煤的富氧分级燃烧特性试验研究，探索2种煤在富氧分级燃烧条件下的燃尽特性及氮氧化物排放特性。试验结果表明：在富氧燃烧条件下，采用燃尽风分级燃烧，合理控制氧气分级送入，神府烟煤燃烧效率可达99%以上，烟气中NO_x排放可控制在19.10 mg/MJ以内；云南劣质烟煤因着火延迟，燃尽需要足够长的停留时间，其燃烧效率略低，通过合理氧分级，燃烧效率最高可达90%以上，烟气中NO_x排放可控制在16.83 mg/MJ内；富氧燃烧炉膛温度对NO_x累积生成释放曲线的影响与空气燃烧一致，炉膛温度越高，煤粉颗粒升温速率越快；采用富氧分级燃烧，合理控制氧分级送入时机和位置，可寻找到较高的燃烧效率和较低的NO_x排放，实现富氧燃烧高效低氮排放。     

煤层气燃烧NOx生成特性及影响因素数值模拟

采用非预混燃烧模型对煤层气燃烧及NOx生成进行了数值模拟,研究了煤层气中甲烷浓度、过量空气系数及射流角度等因素对NO生成的影响.结果表明:随着甲烷浓度的增大,NOx生成量增大,CH4浓度从25％增大到45％时,燃烧室出口面上NO质量分数提高8倍左右;过量空气系数为1.00时,出口面上平均NO质量分数最大,过量空气系数在1.00以上增大时,生成NOx量降低;射流角度变化对燃烧温度及NOx生成的影响较小.     

天然气燃料预混水蒸气的燃气轮机低氮燃烧研究

针对燃气轮机NO_x排放限额日趋严格、天然气气源多样性引起燃烧特性波动等问题,该文基于重型燃气轮机燃烧室进口天然气预混水蒸气对其燃烧特性及NO_x排放特性进行研究。以某在役F型燃气轮机为对象,采用k-ε湍流模型、有限速率/涡团耗散燃烧等模型,通过CFD数值模拟并经现场燃烧调整试验数据验证,结果表明:在额定工况下,值班喷嘴附近温度较高,最高可达约1900K;而主燃烧喷嘴附近温度则较低,最高达约1200K。主燃烧喷嘴进口速度最高可达约40m/s,在出口段燃气速度达到约140m/s。NO浓度(标准状态,15%含氧量)在值班燃烧喷嘴附近可达约335mg/m~3,而主燃烧喷嘴附近明显较低。在天然气预混入水蒸气后,当水蒸气预混比从R_f=0增大至Rf=0.5时,出口燃气平均流速从125.3m/s下降为121.5m/s,燃气平均温度从1606K降到1594K。燃烧室出口NO的平均浓度从R_f=0的24.94mg/m~3逐渐下降到R_f=0.5的11.79mg/m~3。同时也会带来燃气速度受影响、火焰长度变长等不利的结果。     

径向分级低污染燃烧室燃烧性能试验

以某型径向三级燃烧室为研究对象,采用天然气为燃料,通过试验研究了各级不同燃料比例及燃烧模式下燃烧室的贫油点火、贫油熄火、出口温度场、污染物排放等燃烧性能。结果表明:在环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式下,贫油点火油气比为0.027 0～0.040 1,贫油熄火油气比为0.006 9～0.005 5,环形区改为预混燃烧模式后,点火油气比和熄火油气比均有所增大;随主燃区预混燃料当量比(当量比)的增加,出口温度系数逐步改善,至当量比0.54时则有所恶化,环形区改为预混燃烧模式后,主燃区当量比为0.51时,出口温度系数改善明显;随主燃区当量比的增加,CO、未燃碳氢(UHC)、NO_x及碳烟排放均呈下降趋势,但当量比为0.54时,NO_x排放有所增加,环形区改为预混燃烧模式后,各污染物排放指数降低,但未达到预期。建议径向分级燃烧室在低负荷工况下采用环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式,在高负荷工况下均采用预混燃烧方式。     

T型微细管道内氢气空气预混燃烧实验研究

该文对在内径为2mm的T型石英管内的氢气和空气的预混燃烧实验研究进行了描述,给出了燃烧的火焰温度、流量和燃烧效率的关系。发现T型管道结构有利于燃烧的稳定。在适当的氢气/空气当量比下,混合气流速从0.57m/s到18.4m/s部可以在管道中维持长时间稳定燃烧。由于散热的影响,氢气或空气流量小时容易发生熄火。燃烧中最高温度发生在空气稍微过量的条件下,过量空气系数大约在1.25-1.67左右。在氢气流量为183×10-4Nm3/h时,燃烧效率在当量比为1附近存在峰值,最高燃烧效率接近100%。管道散热比例很高,在氢气流量为183×10-4Nm3/h、完全燃烧时只考虑水平管道部分外壁的散热,就得到散热损失占反应放热的27%。     

过量空气系数、热负荷及反应物混合模式对天然气锅炉柔和燃烧特性影响

柔和燃烧(MILD)因其NOx排放低、节约能源和燃烧稳定的特点,有望成为新一代天然气锅炉燃烧技术。文中以成分97%为CH_4的天然气为燃料,基于额定蒸发量为1t/h的天然气锅炉的实际运行工况,研究了过量空气系数φ从1.05~1.45,热负荷P从600~786k W不同工况下的预混和扩散方式柔和燃烧特性。试验结果表明,柔和燃烧条件下,过量空气系数增加,NO和CO排放降低。满负荷下,预混柔和燃烧NO排放仅为54mg/m~3@3.5%O_2,远低于传统旋流扩散燃烧方式天然气锅炉的NO排放(111mg/m~3@3.5%O_2)。     

空气槽对微型双通道螺旋型过量焓燃烧器工作特性的影响

为了解空气槽对平板微型双通道螺旋型过量焓燃烧器(Swiss-roll燃烧器)工作特性的影响,采用甲烷/空气预混气,在带有空气槽和没有空气槽的平板Swiss-roll燃烧器中进行燃烧实验。实验结果表明:空气槽有助于扩展微燃烧器的可燃极限,使燃烧器在更大的空气过量系数和更小的甲烷流量下工作,同时增加了燃烧器外壁的温度梯度。另外,对带有空气槽的微燃烧器进行了数值模拟。数值结果表明,高温燃气对未燃混合物有很强的加热作用,一方面使预混火焰面发生倾斜,另一方面使预混火焰在微燃烧器内部的位置随着流速、空气过量系数、外界散热的变化而变化。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。