高温空气燃烧NOx生成规律研究

高温空气燃烧技术通过回收烟气中的余热,实现高效节能.由于采用高温空气助燃,所以NOx的生成规律和常规燃烧不同.本文以5喷口带夹角烧嘴做为研究对象,通过数值模拟的方法对NOx生成进行了系统的研究,得出了助燃空气预热温度、助燃空气的含氧量、过量空气系数、空气射流的角度和钢坯吸热热流等5大因素对NOx生成的影响规律.     

蓄热燃烧中NOx生成规律研究

蓄热燃烧技术通过回收烟气中的余热,实现高效节能.由于采用高温空气助燃,所以NOx的生成规律和常规燃烧不同.文章以五喷口带夹角烧嘴为研究对象,采用数值模拟的方法对NOx生成进行了系统地研究,得出了助燃空气预热温度、助燃空气的含氧量、过量空气系数、空气射流的角度和钢坯吸热热流等五大因素对NOx生成的影响规律.     

矩形空气喷口长宽比对高温空气燃烧NOx排放的影响

高温空气燃烧技术中,在燃气喷口两侧布置矩形空气喷口,且矩形空气喷口的长轴指向燃气喷口,有利于在炉膛内形成低氧、低燃气浓度的高温燃烧环境.本文利用计算流体力学软件研究了矩形空气喷口长宽比在高温空气燃烧过程中对N0x排放的影响.研究结果表明,在本文所研究的炉膛结构条件下,矩形空气喷口长宽比为1.5、空气喷口与燃气喷口的间距为43 mm时,NOx排放能够得到有效的控制.     

顶燃式热风炉高温低氧燃烧技术

 NOx是制约热风炉实现高风温长寿的主要技术障碍。为有效抑制和降低热风炉燃烧过程生成的NOx,研究分析了NOx的生成机制,运用热力型NOx生成模型计算了热风炉燃烧过程NOx生成速率和生成量,开发设计了基于高温低氧燃烧技术（HTAC）的新型顶燃式热风炉,采用CFD仿真模型对比研究了常规热风炉和高温低氧热风炉的燃烧过程和特性。计算得出2种热风炉的温度场分布和火焰形状、浓度场分布以及NOx的浓度分布。研究结果表明,高温低氧热风炉的温度场分布均匀,在相同拱顶温度下,NOx生成量仅为80×10-6,比常规热风炉降低约76%。高温低氧热风炉可以获得更高的风温并可以有效减少NOx排放,实现热风炉高效长寿和节能减排。     

二次空气对高温低氧空气燃烧污染物排放的影响

利用数值模拟软件分析了二次空气对高温低氧空气燃烧污染物排放的影响.应用分级燃烧技术的燃烧器不仅使燃烧室内具有较高的温度水平,温度场均匀,燃烧效率高,而且NOx的生成量也较低,可以达到节约燃料和降低污染物的综合效果.计算结果分析表明:分级燃烧的二次空气配比对燃烧室内的NOx排放有较大影响.当一次空气占40%左右时NOx排放最少.     

低NO_x排放高温空气燃烧技术的研究

利用Fluent数值模拟软件分析了空气分级技术对高温空气燃烧及污染物排放控制的影响。应用空气分级及高温空气燃烧技术的燃烧器不仅提高了燃料理论燃烧温度、温度均匀性及燃烧效率,同时大大降低了NOx排放量,实现了高效燃烧与降低污染物排放一体化综合效果。计算结果分析表明,空气分级燃烧的二次空气配比对燃烧室内的NOx排放有较大影响,当一次空气占40%左右时NOx排放最少。     

高温空气平焰燃烧过程的数值分析与比较

通过数值模拟方式分析了高温空气平焰燃烧的特点。并从火焰结构、能量利用与NOx排放等角度，与常规平焰燃烧进行了比较。数值模拟结果显示。通过助燃空气预热来高效回收烟气余热，烟气再循环来获得低氧燃烧环境，减少NOx的生成与排放，在相同的加热能力与相同的NOx排放条件下，高温空气平焰燃烧可节能45％，减少温宣气体排放45％。     

射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。空气射流喷口为5个等面积的圆形,置于燃气射流喷口周围。湍流输运方程采用标准k-ε双方程模型,气相燃烧模型采用β函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型NOx。对燃气射流和空气射流的进口参数对燃烧室内的燃烧特性的影响进行了模拟计算和分析。计算结果表明射流进口参数将影响和改变燃烧室内的烟气回流及其与燃料、空气的混合过程,从而影响局部温度、氧浓度的分布和决定燃烧状况、影响最终的NOx排放量。其中随着燃料射流和空气射流速度比和燃料射流倾角的增大,燃烧室内的烟气回流区域扩大,强化了燃料、空气和烟气的混合,使低氧区域扩大,燃烧室内最高温度和平均温度都降低,NOx生成量明显降低。研究结果对于工业炉的烧嘴设计有一定参考意义。     

降低热媒炉NO_x排放量的数值分析及验证

对某热媒炉NOx排放量超标的问题进行研究。采用CFD手段,对其进行结构优化设计;采用空气分级燃烧技术,预测NOx排放,得到了不同工况下的炉内温度及O2、CO和NOx等浓度分布。数值预测和试验结果都表明:在采用空气分级燃烧技术的情况下,增大二次空气量可以有效地减少NOx的生成排放,很好控制燃烧产物对大气的污染;在数值模拟中观察到随着二次空气量的增加,炉膛最高温度和平均温度降低,火焰或向一侧偏斜。该研究为空气分级低NOx燃烧系统改造效果的预报和应用提供重要参考依据。     

高温空气燃烧炉内燃烧特性的数值研究

采用数值模拟法,研究了高温空气燃烧炉内不同空气预热温度、氧气浓度和燃气入口温度对火焰特性和NOx生成和排放的影响规律。研究表明,在提高空气预热温度、降低氧气浓度条件下,在较大范围内进行燃烧,火焰体积变大,炉内温度的峰值相应降低,温度分布更均匀,NOx的生成量大幅度降低。提高燃气入口温度,可抑制燃料和空气在主燃烧区的混合,使火焰内反应物的分布更加均匀,抑制了热力NO的生成,从而减少了NOx的排放量。     

燃气炉内燃烧工况对NOx生成特性的影响

降低NOx的排放量是燃气炉洁净燃烧过程的重要研究内容之一。建立单烧嘴平焰燃烧炉实验模型，通过准确测量炉内温度场和烟气中NOx，研究了空气预热和空气不预热两种工况对炉内火焰特性、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。研究结果表明：空气预热工况下燃烧区和炉膛顶部温度场更加均匀，进而有效降低烟气中NOx的浓度。     

Numerical Simulation of Combustion Characteristics in High Temperature Air Combustion Furnace

 The influences of air preheating temperature, oxygen concentration, and fuel inlet temperature on flame properties, and NOx formation and emission in the furnace were studied with numerical simulation. The turbulence behavior was modeled using the standard k ε model with wall function, and radiation was handled using discrete ordinate radiation model. The PDF (probability density function)/mixture fraction combustion model was used to simulate the propane combustion. Additionally, computations of NOx formation rates and NOx concentration were carried out using a post processor on the basis of previously calculated velocities, turbulence, temperature, and chemical composition fields. The results showed that high temperature air combustion (HiTAC) is spread over a much larger volume than traditional combustion, flame volume increases with a reduction of oxygen concentration, and this trend is clearer if oxygen concentration in the preheated air is below 10%. The temperature profile becomes more uniform when oxygen concentration in preheated air decreases, especially at low oxygen levels. Increase in fuel inlet temperature lessens the mixing of the fuel and air in primary combustion zone, creates more uniform distribution of reactants inside the flame, decreases the maximum temperature in furnace, and reduces NOx emission greatly.     

燃气炉内旋流强度对NOx生成特性的影响

 NOx的控制是燃气炉燃烧过程洁净优化的重点,其关键问题在于湍流燃烧过程中NOx的生成机理。采用燃气实验炉和综合烟气分析仪等设备,研究了旋流强度对平焰燃气炉内火焰特性、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。准确测量了不同燃烧工况下炉内中心垂直剖面温度和烟气中NOx含量,并分析了不同旋流强度下炉内火焰特性。研究结果表明,适当增大旋流强度可以使燃烧区和炉膛顶部温度更加均匀,进而有效降低烟气中NOx的含量。     

平焰炉内燃气管位置对NO_x生成特性的影响

控制氮氧化物(NOx)的生成是燃气炉燃烧过程洁净优化的重点。采用燃气试验炉和综合烟气分析仪等设备,研究了燃气管插入深度对平焰燃气炉内火焰特性、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。准确测量了不同燃气管插入深度下炉内中心垂直剖面温度和烟气中NOx含量,分析了不同燃气管插入深度条件下炉内火焰特性。结果表明:适当降低插入深度可以使燃烧区域扩大并降低炉膛顶部局部高温区温度,进而有效降低烟气中NOx的含量。     

烟气自循环加热炉内预热空气温度对燃烧过程的影响

高温空气燃烧技术中预热空气温度对炉膛内的燃烧特性及火焰特性有重要的影响。就不同预热空气温度对烟气自循环加热炉的影响进行了模拟研究。结果发现：预热空气温度一般加热到900～1100K为最佳。NOx浓度随着预热空气温度的升高而增大,一旦预热空气温度超过1500K,NOx的生成量将急剧升高。     

蓄热式燃烧器优化设计数值模拟

借助于数值模拟的方法,完成了蓄热烧嘴的优化设计,分析了蓄热式烧嘴关键结构——空气和煤气喷口距离及入射角度对燃烧流场、温度场和浓度场的影响,结果表明:(1)烧嘴喷口距离在15D～20D间调整和角度在3°～9°间改变对炉内整体温度水平和温差大小结果影响不大,燃烧高温区主要集中在炉膛的中部,温度梯度较小,温度分布很均匀,炉膛中心区域内温度差在100℃以内。(2)烧嘴喷口间距小时,喷口角度不宜过大,否则会出现燃烧不完全现象。当烧嘴喷口间距过大时,喷口角度不能过大也不能过小。综合分析确定烧嘴结构在18D、5°组合状态下燃烧效果最优,性能最稳定。最后通过实验证明实验烧嘴炉内温度场和浓度场分布规律与计算结果一致。     

吸入式U型辐射管烧嘴的实验研究

对吸入式U型辐射管烧嘴进行了实验研究,得到了烧嘴的P-V曲线。实验表明:采用分级燃烧方式合理控制助燃空气一次风、二次风的配比,可改善烧嘴的燃烧强度、火焰长度及辐射管的表面温度分布;分级燃烧对抑制NOx的生成有重要的作用。