燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响

利用数值模拟方法,选用标准的K-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型、离散坐标辐射传热模型,研究了燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响,主要考察了不同燃烧器喷孔直径、喷孔角度和旋流角度下速度、温度、火焰形状等参数的变化规律.结果表明, 喷孔直径越小,喷孔出口速度越大,速度峰值也越大,射流的影响区域越大,燃料与空气的混合越好,燃烧速率越高,燃烧的火焰越短、越窄;喷孔角度和旋流配风也可以增强混合、强化燃烧,但其对火焰形状及长度和炉内整体的温度分布影响很小.因此,若要提高辐射传热效率,只能从配风和火道形状的优化入手,开发新结构的高效燃烧器.     

试油测试用密闭燃烧装置开发与试验

密闭燃烧装置采用特殊喷嘴结构设计的燃烧器燃烧试油放喷期间排放的天然气体。试验表明,设计的密闭燃烧装置天然气密闭燃烧能力8×10~4m~3/d,天然气燃烧较为稳定,具备优良的天然气燃烧性能,自然吸风能力足,噪音58~65 Db,可视火焰0.5~1.0 m,量级降到较低水平,对周边环境影响小。密闭燃烧装置连接安装快捷方便,可以安置于井场内远离井口的角落使用,减少征地修建燃烧池费用,同时减少远距离连接固定放喷测试管线作业周期,降低采用燃烧池燃烧带来的噪音污染、光污染和热辐射等。该装置可在页岩气等非常规气井排液测试期间替代常规燃烧池燃烧放喷天然气体,保障24 h连续放喷排液的进行,应用前景广阔。     

高氢燃料气的燃烧器设计

高氢燃料气的各项燃烧性能都随氢含量的增加而逐步接近氢气的燃烧特性。这主要表现为：（１）点火能小,极易着火;（２）燃烧速率高,燃烧区域集中,火焰短小;（３）预混气体的火焰传播速度非常高,低负荷运行时回火问题突出;（４）火焰对炉管的能量辐射率低。这将导致燃烧器出口处热量局部聚集,烟气温度非常高,造成炉内温度分布不均及喷嘴的损坏。根据以上分析,探讨了高氢燃料气燃烧器设计中应注意的一些问题,提出了燃烧器设计应遵循“弱化燃烧”的基本原则：高氢燃料气燃烧器应采用外混燃烧方式、较大的燃料气喷孔直径、较小的燃料气流与空气流夹角、短火盆、一次配风、高燃料气压力和低燃烧空气温度等。此原则已成功地应用于ＨＤＨ型高氢燃料气燃烧器的设计中。     

天然气放喷测试燃烧工艺的重大改进

天然气放喷测试是勘探生产中必不可少的一道工序。几十年来,一直采用水平燃烧的传统方法。这种方法克服不了天然气燃烧时产生的强烈热辐射和大量泥浆及其它污染物对周围环境的直接危害,破坏了生态环境,给当地人民带来经济损失。近年来,四川石油管理局川西南矿区的广大技术人员围绕改进天然气放喷测试的燃烧方法,进行了探索和改进。高级工程师、矿环委会副主任贺鼎元同志运用物理原理,提出将燃烧管立起来(约高10m),并在燃烧管底部侧面装一台气液分离器,采用地面点火,高空燃烧的方法,比较好地解决了水平燃烧方法解决不了的问     

瓦斯燃烧器湍流扩散火焰数值模拟研究

利用PHOENICS软件 ,对钝体稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了数值计算 ,验证了k ε湍流模型、三气体燃烧模型及综合辐射模型的有效性。探讨了稳焰块直径和火道张角对燃烧器稳焰特性和火焰长度的影响。用数值模拟方法对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了研究。     

海上平台放空火炬热辐射分析方法研究

国内陆地高架放空火炬热辐射分析方法并不完全适用于海上平台放空火炬,为此建立空间坐标,将燃烧臂、火焰、风矢量化,形成考虑燃烧臂朝向和倾角、风速及风向的海上平台放空火炬热辐射空间分析方法。通过空间上热辐射区域在水平面、南北面、东西面内的投影,分别求得三个投影面内的最大热辐射安全距离,进而得到在空间坐标内平台上的人员和设备与燃烧臂的最大热辐射安全距离。基于该方法编制的程序模块,经同类商业软件验证后用于海上气井测试的平台火炬热辐射分析,取得了良好的现场应用效果。     

一种无烟燃烧器设计优化及评估

叙述了一种自吸旋混式无烟燃烧器,喷孔采用交错布置方式,利用空气动力学原理,通过提高燃气压力,保证无烟燃烧所需空气进入燃烧区,并加速空气与燃气之间的混合。同时又能保证相邻烧嘴火焰之间不受影响,提高了燃尽率。     

火炬泄放对半潜式平台总体布置方案的影响

以南海某深水半潜式平台总体布置为例,对火炬燃烧不同工况进行定义,计算不同工况下的最大泄放量。根据平台操作要求确定该平台对热辐射、高温敏感的感受点。对规范经验公式进行分析,采用Mixed模型综合考虑点源和扩散源原理的修正作用,对火炬长度进行初步的确定。采用通用的Flaresim软件对选定的感受点进行数值模拟,准确计算连续泄放和应急泄放产生的热辐射、高温和噪声水平,综合评价这些参数对半潜式平台总体布置及人员操作的影响,并给出应对缓解措施。     

渤海油田海上试油测试原油环保回收技术

海上探井试油测试期间产出的原油采用海上平台燃烧处理系统处理,存在较大的溢油风险;通过海上污油罐回收经拖轮运至陆地进行环保处理,受海况及污油罐吊装及输油速度影响,试油测试期间原油放喷产量受限.针对现有海上试油测试地面放喷流程及设备现状,对地面流程中原油缓存及原油回收方式进行优化,建立了产量与原油缓存量的关系,并通过原油高...     

天然气部分预混燃烧的火焰离焰特性实验

天然气组分变化时,末端用户（如民用大气式燃烧器）易出现火焰离焰等燃烧不稳定情况,研究部分预混燃烧器的火焰离焰燃烧特性,对于确保天然气的互换性非常重要。为此,以市场上常见的燃气灶设计参数统计结果为依据,实验设计了一台基准燃烧器,以测试不同天然气组分下的火焰离焰燃烧特性,着重讨论火焰离焰与燃烧器头部温度的关系以及天然气组分对火焰离焰特性的影响。预混燃烧火焰发生离焰时,头部温度与火焰离焰程度互为因果关系;火焰离焰极限值曲线仅由燃烧器结构和气源特性决定,当气源特性一定时,在燃烧器上的火焰离焰极限值曲线即已确定,不存在同一燃烧器上同一气源的不同温度火焰离焰极限值曲线;测试预混燃烧器火焰离焰极限值曲线时,必须保证头部温度恒定,但不需要保证每次测试都在同一温度情况下进行。结论认为：贫组分天然气较之富组分天然气气源更易出现火焰离焰,且出现火焰离焰时头部温度更低;贫气置换富气时,会导致严重的火焰离焰互换问题。     

天然气密闭燃烧器的研制与应用

为了解决天然气开发过程中废弃天然气处理存在的噪音污染、光污染和征用土地复耕困难等一系列环境保护难题,研制了一种天然气密闭燃烧器,以实现废弃天然气直接在井场内低声幅遮蔽燃烧。在调研国内外天然气燃烧器设计模式的基础上,结合燃烧器的场站需求实际,将燃烧器设计为多个文丘里燃烧喷嘴,基于数值模拟方法对燃烧器喷嘴火焰出口和吸入端结构进行了优化:①在喷嘴布局上采用分层阵列布局,将废弃天然气的燃烧效率提高至95%以上,燃烧器最大燃烧处理量达30×104 m3/d,距燃烧筒20m外噪音强度小于等于85dB,与大气环境温差小于10℃;②针对井场产气量变化范围大的特点,对不同气体流量采用分压分层控制方式,使用铠装式热电偶和紫外线检测技术对燃烧情况进行实时监测,配套远程点火装置和传焰装置确保燃烧过程安全可靠。现场应用效果表明:该密闭燃烧器能有效降低噪音、热辐射和光污染,无需修建燃烧池和立式火炬,对于页岩气开发、探井试油测试过程中废弃天然气的处理具有明显的工程优势,具备良好的推广应用前景。     

乙烯裂解炉辐射段三维流场和燃烧的数值模拟计算

采用计算流体力学方法以某种新型乙烯裂解炉辐射段为几何模型,保留特殊结构的瓦斯燃烧器原型未作简化,对计算域进行几何建模和网格划分,用标准的k-ε湍流模型、双δ概率密度函数扩散燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对炉内的燃烧和辐射状况进行三维全尺寸数值计算,以研究炉膛内的燃烧、传热和烟气流动情况。计算得到的流场合理,火焰形状和温度分布与实际吻合良好,说明对裂解炉辐射段的数值模拟计算是成功的。该模拟计算为指导燃烧器选型、优化设计裂解炉结构提供理论参考。     

低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明:加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。     

燃气组分变化对重整燃烧器燃烧过程及炭粒生成的影响

采用数值模拟方法对连续重整加热炉燃烧器的流动和燃烧过程进行研究,分别考察氢气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷五种不同的气体燃料对燃烧过程的影响,重点研究在燃烧不同气体燃料时的燃烧状况和火焰形状的变化情况及形成原因,同时考察燃气组分变化对炭粒生成的影响。结果表明,较轻的燃料燃烧迅速,具有较短的刚直火焰,辐射段出口烟气温度较低,燃烧充分,炭粒生成较少;较重的燃料与空气混合慢,火焰较长,辐射段出口烟气温度较高,未完全燃烧的燃料在很大区域存在,炭粒生成较多,并可能形成结焦。     

燃油燃烧器出口液雾燃烧及NOx生成的数值模拟研究

针对燃油燃烧器出口液雾燃烧的气液两相湍流流动、液雾扩散和蒸发、气相燃烧和传热、气体和液雾以及燃烧装置之间辐射传热等过程,分别采用κ-ε模型、随机轨道模型、EBU-Arrhenius模型、离散坐标模型进行描述,发展了液雾燃烧综合计算模型,并对某炼油厂油气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了全三维的数值模拟,得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布、火焰形状以及污染物NOx分布的详细信息,揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程的特点,计算结果与现场测量数据吻合。     

管式加热炉空气分级燃烧器的CFD研究

以某炼油厂管式加热炉空气分级燃烧器为研究对象,应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,研究了二次风分级比R（二次空气与总空气体积之比）为0.5、0.6、0.7、0.8和0.85的5种不同工况下,辐射室内速度、温度、组分浓度、火焰高度和NO生成速率的变化规律。结果表明,由于射流卷吸的作用,辐射室内存在较大范围的回流区。当R由0.5增至0.85时,辐射室对称面平均温度基本不变,出口温度升高0.65%,壁面热通量下降1.65%,火焰高度增加0.44倍,NO排放体积分数由214.4 μL/L迅速下降至37.9 μL/L。在温度和氧气浓度较高的燃气/空气混合接触面上,热力型NO形成较多;在低温富燃的火焰前端区,快速型NO形成较多。当R为0.8时,炉内温度分布均匀、燃烧完全且烟气NO浓度较低,可作为燃烧器设计和现场调节的优化参考值。     

新型渣油雾化燃烧器的研究

把气泡雾化机理应用于气动雾化燃烧器喷嘴的设计中,设计出三次雾化的内混式气泡—气流雾化复合喷嘴,并进行了喷雾试验和流量测试。经重整加热炉试烧,结果表明对高粘度的特稠油,雾化粒度细,火焰明亮,且喷嘴工作可靠,调节比可达1:4。     

加热炉富氧推火与引火燃烧的火焰变化规律分析

文章介绍了富氧推火燃烧技术和富氧引火燃烧技术的原理,以及该技术首次在炼油装置和烯烃装置加热炉改造中的成功应用情况。通过对加热炉富氧推火与引火燃烧应用对比、扁形与圆形富氧喷嘴实验,分析得出:富氧推火燃烧使燃烧火焰向富氧气体喷射的水平分量方向偏移的距离,要比富氧引火燃烧使燃烧火焰向富氧气体喷射的水平分量反方向偏移的距离大;富氧扁形喷嘴推火燃烧和引火燃烧改变燃烧火焰的程度,要比富氧圆形喷嘴推火燃烧和引火燃烧改变燃烧火焰的程度大。     

空气喷嘴对直流式加热炉弥散燃烧影响的数值研究

通过三维数值模拟研究了直流式加热炉弥散燃烧的性能,以将该技术推广到炼化管式加热炉。采用涡耗散概念模型(EDC)并耦合反应机理DRM-19模拟炉内甲烷燃烧,模拟结果与测量值吻合良好。详细研究了空气喷嘴分布直径(D),空气喷嘴直径(d),空气喷嘴数量(N)及空气预热温度(Tair)对炉内流场,温度场,组分场和CO、NO污染物的影响。结果表明,根据H2CO和OH浓度分布,炉内分为中心射流区、点火区、燃烧反应区和高温烟气区等4个区域。随着D增加,在加热炉上游,中心射流能卷吸更多烟气,但在加热炉下游,D的影响并不明显;随着d减小或Tair增大,空气射流动量增大,能卷吸更多烟气;N对炉内参数的影响主要集中在燃烧器出口附近。减小d或者增加N均能强化辐射室传热并减少排烟损失;在多数情况下,烟气中CO浓度小于50 ppm,NO小于10 ppm。     

天然气管线泄漏射流火焰分析

高压天然气输送管线失效泄漏时会形成气体射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则将形成射流火焰。火焰的强烈热辐射严重威胁到周围人员和财产的安全。为此，在对大量试验结果和相关理论分析研究的基础上，以平截头圆锥体来近似描述射流火焰的形貌，给出了火焰的几何基本参数的计算公式。在预测火焰的热辐射时，将火焰中心模拟成一个点源，提出了热辐射强度的简便计算方法。此外，结合具体实例，根据自编软件计算了不同风速条件下射流火焰的几何尺寸、离管线泄漏点不同距离处的热辐射强度以及人体感觉疼痛所需时间，并利用概率模型的方法分析了在一定暴露时间下人员受伤害的几率以及人员和建筑物的安全距离。结果表明，射流火焰长度随风速增加而逐渐减小；随离火焰中心距离的增加，热辐射强度大大降低，而造成人体伤害所需时间延长。所给出的数学模型和热辐射强度的计算方法，为输气管线的优化设计和风险后果的定量分析提供了依据。