旋流数对旋流煤粉燃烧器NOx生成影响的研究

用数值模拟方法研究了旋流数改变对旋流燃烧器煤燃烧N0x生成的影响，给出了热N0x和燃料N0x生成的详细信息。预报结果表明，当二次风旋流数从0．204增加到0．414时，可以降低燃烧器出口区域燃料N0x的生成，同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率，另外，模拟结果也表明，燃烧器出口区域的N0x生成主要是由燃料N0x的生成机理来控制，因此，适当提高旋流燃烧器的旋流数可以提高燃烧效率，降低N0x的生成。     

旋流器安装角对低旋流燃烧流场的影响

分别采用粒子速度影像（PIV）技术和数值模拟方法研究低旋流燃烧器出口下游冷态流场,分析旋流器安装角对低旋流流动结构的影响．结果表明：旋流器安装角与流场中产生回流区时的临界旋流数无关,高旋流与低旋流的分界点约为0．47;安装角较大的旋流器下游流场的发散角和低速区较大;随着轴向距离增大,中心轴线上无量纲轴向速度衰减很快,并且两个旋流器的衰减速率基本相当,左右有两个峰值,安装角较大的旋流器两个峰值衰减速率较大并且峰值之间的距离增大幅度较大;径向速度随着中心射流流速的增大而增大,安装角较大旋流器的径向速度较小;旋流器安装角为40°时后方的流场具有较高的湍动能,火焰传播速度更高．     

入口旋流数对煤粉低尘燃烧器流场的影响

以液排渣旋风燃烧过程为基础的煤粉低尘燃烧器可在燃烧过程实现捕渣,为工业加热提供低含尘浓度的高温火焰,是工业加热过程实现以煤代油的先进燃烧技术。根据旋流燃烧流动特点,采用能考虑非均向湍流应力的雷诺应力模型,对旋流煤粉低尘燃烧器内气流流动过程场进行数值模拟计算,计算结果与流场实验测试相吻合。研究表明,气流进入燃烧器时的旋转强度（旋流数）对燃烧器内的流动特性有很大影响,在冷态模型条件下,当旋流数在7以上时,环室回流在轴向贯穿燃烧器整个流场,有利于增加煤粉颗粒在燃烧室内的循环次数,提高灰渣捕获率;低于7时,环室回流出现阻断,不再连续,易造成煤粉颗粒直接逸出,对燃烧及灰渣捕获不利。随旋流数增加,燃烧器出口处中心回流率增大,对炉膛高温烟气的抽吸作用增强。     

F级燃气轮机喷嘴长度对燃烧特性影响研究

对典型F级重型燃气轮机燃烧器进行建模,采用数值模拟的方法,基于对燃烧器出口不同喷嘴长度,分析了喷嘴长度对燃烧室压损、速度场、温度场、燃料浓度分布、火焰长度以及燃烧效率的影响。计算结果表明,喷嘴长度增加会导致燃烧室热态压损略有增加,会使燃烧室中心回流区长度缩短,甲烷燃料高浓度区域会随之拉长,导致燃烧火焰拉长。同时,喷嘴长度增加会使燃烧效率略微下降。     

中心射流对旋流燃烧器热声振动的影响

在CH4与空气的化学当量比为0.7、空气量为25 m/s时进行了旋流燃烧器热声振动试验.分析了不同中心风量下旋流燃烧的热声不稳定特性.结果表明:在中心风量为10%时,旋流核心区明显受到中心射流的影响,热声振动振幅明显下降,最大峰值脉动压力下降216 Pa;中心射流对热声振动的影响存在一个阈值,提高射流速度可使中心射流作用于旋流核心区,从而影响燃烧与声波的耦合,以实现对热声振动的被动控制.     

旋流对高温空气燃烧影响的模拟研究

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个同心式轴向旋流高温空气燃烧器单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了模拟研究。湍流输运方程采用RSM模型,气相燃烧模型采用函数的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。以天然气为燃料,在预热空气温度为1 273 K,空气含氧量为8%。燃烧总过量空气系数为1.1的条件下,进行了数值模拟计算,讨论了旋流角度和燃烧器的螺旋伸展长度等参数对NOx排放、局部温度、氧浓度和CO浓度分布等的影响。结果表明,旋流燃烧器能进一步降低NO排放,使燃烧更加完全。当螺旋肋片伸展因子R=2,燃料/空气速度比a=1.09,旋流角度θ=180°时,NO排放浓度最小,出口NO的摩尔分数为12.9×10-6,出口CO的摩尔分数为29×10-6。而当旋流角度θ=0°时(直射流),出口NO的摩尔分数为31.7×10-6,出口CO的摩尔分数为372×10-6。     

旋流片开槽深度对低热值煤层气燃烧特性的影响

为提高低热值煤层气的燃烧效率,设计了3种由不同开槽深度的旋流片组合成的低热值煤层气燃烧器,并进行燃烧特性实验研究,分析了不同流量下,开槽深度对燃烧室内速度、温度及火焰结构特性的影响。研究表明,火焰温度在燃烧器轴线方向分布与流速分布相似,均存在一个温度和速度峰值。相同轴向距离处,甲烷流量减小,3种旋流片的火焰中心流速和温度峰值逐渐下降,且中心流速峰值、温度峰值位置逐渐前移,但温度峰值位置始终是大于速度峰值位置。开槽深度对燃烧特性的影响主要是由于燃气通流截面改变引起的入口流速和射流直径变化导致的。采用3 mm开槽深度的旋流片时,火焰长度和直径增加最快,燃烧室内轴向速度分布和温度场最为理想,射流刚性和火焰充满度最好。     

旋流煤粉燃烧技术的发展

文中回顾了国内外旋流煤粉燃烧技术的发展,根据二次风的供入方式,一次风粉混合物煤粉浓度的不同将此类技术分为三类：普通型、分级燃烧型、浓缩型、浓缩型又分为高浓度型及浓淡型,总结了各种类型燃烧器在火焰稳定性、燃烧效率、ＮＯｘ排放、结渣、高温腐蚀、调节性能等方面的特点,指出浓淡型旋流煤粉燃烧器是我国旋流煤粉燃烧技术的发展方向。     

烟煤型旋流燃烧器燃烧试验研究

为了验证烟煤型旋流燃烧器的燃烧特性,在哈尔滨锅炉厂有限责任公司全尺寸旋流燃烧器开发平台进行热态试验研究.试验结果表明:相比四次风旋流角度,三次风旋流角度对NOx排放影响更大,NOx排放随三次风旋流角度减小而增大.三次风旋流角度不变时,四次旋流角度减小,飞灰含碳量呈现先减小后增大的趋势;四次风旋流角度不变时,飞灰含碳量随...     

旋流对天然气高温空气燃烧特性影响的数值模拟

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个新型轴向旋流式单烧嘴燃烧室内天然气的高温空气燃烧特性进行了数值研究。采用数值模拟的方法研究了同心式轴向旋流燃烧器（HCASbumer）中螺旋肋片的旋转角度对燃烧特性的影响,其中湍流采用Reynolds应力模型,气相燃烧模拟采用β函数形式的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOx模型为热力型与快速型。计算结果表明,对预热空气采用旋转射流时,能明显降低NOx生成量。对于HCAS型燃烧器,随着空气射流旋转角度的增大,燃烧室内的回流区域增大增强,降低了局部的氧体积分数分布,燃烧室中平均温度和最高温度都有所增加,且燃烬程度大幅度提高,而局部高温区缩小,只在靠近入口处出现。总的NOx排放量随着空气射流旋转角度的增大先减小,后增大。因此,适当调整肋片的旋转角度可以降低NOx生成量。     

中心风对径向浓谈旋流煤粉燃烧器燃烧的影响

通过冷态ＰＤＡ试验,研究了中心风对燃烧器出口气固流特性的影响;并结合１台６７０ｔ／ｈ锅炉的工业性试验,说明了中心风对径向浓淡旋流煤粉燃烧器的燃烧有很重要的调节作用,为设计和运行提供了参考依据。图１０参４     

径向分层旋流燃烧器燃烧可视化研究

通过所开发的图像采集与处理系统,对一台径向分层旋流燃烧器的煤气火焰进行了可视化研究,并应用分形理论对所提取的火焰锋面进行了定量分析。试验结果表明,利用分形维数可很好地描述火焰锋面的波折程度,为深入研究火焰形状结构对燃料与空气混合的影响提供了一个有力的手段。     

利用一维热膜探针对旋流燃烧器出口冷态旋流流场的测量

测量了在不同偏航角α、俯仰角θ及风速下一维热膜探针偏航系数ｋ和俯仰系数ｈ的数值,研究了其变化规律,并利用一维热膜探针对空间气流的方向敏感性对径向浓淡旋流煤粉燃烧器模型出口的冷态旋流流场进行测量。确定了气流湍流脉动水平较高,有利于煤粉燃烧的区域。     

旋流燃烧器螺旋伸展长度对高温空气燃烧特性的影响

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个同心式轴向旋流高温空气燃烧器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600 mm×600 mm×1000 mm,燃烧器烧嘴由位于中心的圆形直射流燃气喷口和其外围的同心轴向旋流高温预热空气射流喷口构成.湍流输运方程采用RSM模型,气相燃烧模型采用β函数的PD...     

合成气低旋流燃烧器设计与流动结构的分析

设计了一个合成气低旋流燃烧器,采用PIV技术对不同负荷下的冷态流场进行了测量,并比较分析了不同中心射流流速对旋流流场的影响.结果表明:流场中出现中心回流区时的旋流数与中心流速无关,高旋流与低旋流的分界点为S＝0.7;流场中的轴向速度、径向速度和湍动能均关于燃烧器中心轴线对称;中心轴线上无量纲轴向速度的分布与中心射流流速(负荷)无关,燃烧器出口下游形成一个发散低速区,有利于稳定充分燃烧;随中心射流速度的增大,径向速度成正比增大,湍动能明显增加.     

大容量直流燃烧器与旋流燃烧器锅炉的燃烧技术分析与性能对比

结合燃烧技术的分析,对直流燃烧器与旋流燃烧器锅炉的燃烧效率、低负荷稳燃及NOx排放性能等进行了比较。对2类锅炉中的热偏差与超温、结渣与高温腐蚀问题进行了新的探讨。     

射流参数对旋流雾化的影响

本文利用线性不稳定性理论,分析了无粘旋转液体射流射入无界气体介质中的破碎机理。通过改变各项射流参数,着重分析了液体旋流数对射流分裂雾化的影响,同时也探讨了与各种射流条件相对应的射流分裂雾化的主导模式。其研究结果可为旋流在工程实际中的应用,特别是在直喷式汽油机中的应用提供了一定的理论依据。     

旋流数对燃烧不稳定性及NO_x生成的影响

采用大涡模拟方法分析了旋流数对燃气轮机燃烧室内预混燃烧不稳定性以及NO_x生成特性的影响.结果表明:增大旋流数使得流场的扩张角增大,中心回流区范围扩大,对燃烧产物的卷吸能力增强,预混段内温度升高,高温区范围扩大,有利于燃料气流的着火与稳定燃烧,火焰长度也有所缩短;旋流数为0.7时,流场中仅存在一个进动涡核,旋流数较大时,则出现2个明显的进动涡核;增大旋流数使得涡旋周期性的脱落频率增加,破碎位置向上游移动,同时由于火焰长度缩短,热释放区域相对更为集中,从而导致燃烧室内压力脉动频率及其对应的压力峰值增大;增大旋流数也使得火焰宽度增大,峰值温度有所降低,有利于控制NO_x排放体积分数.     

F级重型燃气轮机燃烧室热声振荡分析研究

目前,为了进一步适应环境保护的要求,燃气轮机采用了贫预混燃烧技术来降低NOx的排放。热声振荡是燃气轮机稳定运行面临的一个主要问题。采用三维有限元方法对重型燃气轮机热声振荡特性进行建模分析:首先,分析了在无非稳定热源状态下燃烧室的固有频率;其次,加入非稳定热源,分析有热源情况下燃烧室的频率特性;最后,对比分析了有无非稳定热源的差别。通过分析发现了影响燃烧室热声振荡的主要模态和传播形式,为后续设计优化提供指导。