氢混天然气燃气轮机加湿低氮燃烧性能研究

为了解贫预混燃烧室天然气掺氢加湿燃烧时的性能变化和容许加湿范围,解决氢混燃气轮机NO_x排放超标问题,以某燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了掺氢比和加湿比对燃烧性能及污染物排放特性的影响。结果表明：燃料无加湿条件下,燃烧室出口CO和CO₂排放值随着掺氢比的增加而减小,较高燃烧温度将导致热力型NO_x排放值增加,掺氢比达到0.2以上时,NO_x排放已超出环保限值;燃料加湿条件下,随着加湿程度增加,燃气出口平均流速及水蒸气组分含量均增加,燃烧筒内全局温度、CO₂和NO_x排放值均降低,CO排放值先降低后增加;掺氢天然气加湿可实现低氮燃烧,考虑到低掺氢工况燃气轮机功率输出效能和高掺氢工况燃烧性能恶化问题,水蒸气加湿量不宜过多,当掺氢比为0.3时,推荐燃料加湿比为0.463。     

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NOx排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究．结果表明：在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_x排放可降至54×10^-6(15%O₂).H+O₂(+M)=HO₂(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应．燃烧压力的升高会促进NO与HO₂反应并转化为NO₂．对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%～80%)会导致NO_x排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%～55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10^-6～86×10^-6 (15%O₂...     

旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明：在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NO_x排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NO_x排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NO_x排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NO_x排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。     

天然气塔式同轴分级燃烧室掺氢燃烧特性 数值模拟研究

为了解天然气掺氢对贫预混燃气轮机性能的影响,采用Chemkm-pro研究了燃料的化学反应动力学 特性,对比了不同当量比、掺氢比下的绝热火焰温度、层流火焰传播速度及点火延迟时间,结果表明掺氢能缩 短燃料点火延迟时间,增加绝热火焰温度及提高火焰传播速度。进一步以天然气塔式同轴分级燃烧室为研 究对象,研究了掺氢比对燃烧室燃烧场分布及燃烧效率、总压损失系数、温度分布不均匀度、一氧化碳及氮氧 化物排放量等性能参数的影响。结果表明,随着掺氢比的增加,燃烧效率上升,总压损失系数增加,温度分布 不均匀度下降,一氧化碳排放量下降,氮氧化物排放量增加。掺氢比在35%时燃烧室发生回火。在30% ~ 35%掺氢比范围内,燃烧室性能参数变化较大。其中,总压损失系数增幅为24. 74%,温度分布不均匀度降幅 为31.11%,氮氧化物排放量增幅为416.12%。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围（H₂、O₂组分）耦合废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明：在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH₄排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH₄后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_x排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH₄排放和NO₂/NO_x比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH₄与NO_x     

当量比对微型燃气轮机H2/Air燃烧特性的影响

为了探究氢气微型燃气轮机的燃烧特性,用数值模拟方法分析了6种不同当量比工况下的燃烧室内流场特性、压力损失、燃烧效率、NO_x排放和速度分布等参数。结果表明：当量比对回流区的范围影响不大,压力损失和出口速度随当量比增加逐渐增大,出口温度分布系数（OTDF）、排气温度和NO_x排放随当量比的增加先增大后减小;径向速度的分布关于燃烧室中心轴线对称;当量比小于1时,燃烧效率在99.9%以上;当量比大于1时,燃烧效率随当量比增加而降低;当量比为1时,排气温度达到2 500 K,NO_x排放达到最大值,偏离化学当量比燃烧有利于抑制NO_x的生成。     

燃气轮机掺氢燃烧技术

[目的]随着国家为能源行业设立了碳达峰、碳中和的宏伟目标,对电站燃气轮机低碳排放技术改进的需求日益增长。国内对该目标的关键技术路径的探索亟待展开。燃气轮机的贫预混燃烧技术能使燃烧偏离理论空气量,是目前降低NO_x排放主要技术,同时通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。[方法]采用Chemkin-Pro软件建立一维预混自由传播火焰模型,比较不同当量比、初始温度、初始压力、掺氢比对燃烧温度、燃烧速率、污染物生成浓度、燃烧自由基、链式反应等的影响;模拟燃烧过程的温度分布、燃料组分变化及其排放特性。[结果]发现了通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。但天然气掺氢的贫预混燃烧所带来的较高的火焰温度反而会促进NO_x的生成,同时,在较低的当量比下将会产生更多的CO。[结论]基于以上研究,获得了掺氢燃烧的关键数据,为掺氢燃烧技术路径的完成奠定了基础。     

掺氨对煤粉着火和污染物排放影响的试验研究

本文利用电加热炉试验平台,研究了掺氨对煤粉着火和污染物排放的影响规律。研究表明：氨与煤粉的混合燃料,能够实现在炉内的共燃;掺氨对煤粉着火有一定的抑制作用,随着掺氨比率的提高,抑制作用越强;并且在无燃尽风时掺氨对煤粉燃烧过程中NO_x的生成有促进作用,随着掺氨比例的提高,NO_x排放浓度明显提高,其中掺氨比例为10%时,相对于不掺氨气时,NO_x排放浓度提高50%以上。     

掺氢比对低排放燃烧室性能影响研究

为了探究传统天然气燃气轮机对氢气燃料的适应性,基于现役某型工业低排放燃气轮机结构和性能,用数值模拟方法分析了燃料中氢气比例对低排放燃烧室性能的影响,确定了燃烧室燃用甲烷和氢气燃料的换用性能。研究表明：在1.0额定工况,掺氢比小于等于30%时,燃烧室不发生回火,喷嘴内部和火焰筒肩部回流区的温度以及燃烧室的总压损失随掺氢比的升高而升高,NOx排放体积分数小幅升高,CO排放体积分数减少;当掺氢比大于30%时,燃烧室发生回火,喷嘴和火焰筒肩部回流区温度、总压损失、NOx排放体积分数大幅升高,CO排放基本为零。在其他工况下,负荷变化对燃烧室边界条件影响较为复杂,对喷嘴回火边界影响无单调性变化规律。     

氢燃料微混燃烧技术研究进展

微混燃烧技术采用数量众多、结构简单的微型喷嘴替代传统的大直径喷嘴,主要目的是通过减小喷嘴直径,提高微混喷嘴的混合强度,从而提高预混气的混合均匀度,以促进H₂在燃气轮机中的安全稳定燃烧,并降低NO_x排放。本文总结了氢燃料微混燃烧技术的研究进展,对H₂在燃气轮机中的工业化应用中进行了探索。结果表明：微混燃烧技术在H₂稳定燃烧及降低NO_x排放方面表现出巨大的潜力。目前,已经发展了纯氢燃烧的微混燃烧技术,该技术最终有望在燃气轮机中大规模应用。     

氢气微混燃烧器燃空掺混特性数值研究

实现氢气和空气在氢燃气轮机燃烧室喷嘴管外均匀掺混可以在避免回火的同时实现低NO_x燃烧。为了在喷嘴出口到燃烧之前尽量实现均匀的掺混,通过数值模拟方法计算分析了微混喷嘴出口的流动特性以及燃空来流相互作用对氢气和空气混合的影响,研究了燃空动量比、燃料微孔间隙比、射流高度及混合长度对微混喷嘴冷态燃空掺混的影响。结果表明：掺混效果直接受标准射流深度、邻射流扰动及扩散段旋涡结构的影响。燃空动量比R_m为1.19～1.77时,所达到的标准射流深度可以实现较均匀掺混;间隙比为0.54时,邻射流相互作用会增大射流中心的氢气浓度下降梯度;增加射流高度和混合长度均能降低混合不均匀度;近壁旋涡对的完整发展有利于改善掺混。     

气化细渣和煤掺烧氮氧化物和二氧化硫排放特性研究

气化细渣热值低、水分高，难以独立稳定燃烧，因此通常将其和热值较高的燃料进行掺混实现燃烧利用。为研究气化细渣和煤掺烧过程中NO_x和SO₂的排放特性，利用管式炉燃烧污染物测试系统，在空气气氛下，使用不同比例的气化细渣和烟煤进行掺烧实验，对燃烧污染物的释放量进行实时监测，并计算燃烧污染物的释放总量。通过实验发现：温度是影响NO_x、SO₂排放量的重要因素，在高温工况下，NO、SO₂的释放量显著提高，NO₂、N₂O的释放量显著降低。燃料中挥发分的含量与NO₂、N₂O的释放量有着密切关系，煤中挥发分含量较高，NO₂、N₂O的释放量也相对较高。整体NO₂、N₂O的释放量远小于NO的释放量，NO_x排放以NO为主。随气化细渣掺烧比例增大，NO、SO₂释放量降低。因此，通过与煤掺烧...     

信息

正三菱日立成功测试天然气-氢气混合燃烧的燃气轮机2018年1月,三菱日立电力系统公司使用30%(体积分数)的氢燃料混合燃料成功测试了一台大型发电用燃气轮机。测试结果证实,通过使用三菱日立公司新研发的专用燃烧室,即使氢气与天然气混合,仍然可以实现稳定燃烧。与纯天然气发电相比,该混合燃烧实现了二氧化碳减排10%。此次混合燃料的燃烧测试条件包括将新型预混燃烧室安装在一台J系列重型燃气轮机上,透平入     

射流喷嘴角度和当量比对轴向分级燃烧室中预混反应射流的影响

针对燃料轴向分级模型燃烧室进行了热态数值模拟,分析了射流喷嘴角度和当量比对模型燃烧室的速度场、温度场、停留时间、湍动能分布以及污染物排放量的影响。结果表明：随着射流当量比的增加,除45°外,射流喷嘴角度为90°和135°时射流喷嘴下游均有明显的回流产生,烟气在燃烧室中的停留时间增加;随着射流喷嘴角度的减小,一级燃烧区停留时间增加,二级燃烧区停留时间减少,但总停留时间增加;随着射流喷嘴角度和射流当量比的增大,燃烧室中高湍动能区域扩大;与90°和135°相比,在45°射流角度下,射流当量比较低时NO_x质量分数较高,说明在一定的工况下射流角度为45°时NO_x排放特性更低。     

初始条件对燃气轮机DLE燃烧室性能影响研究

以单头部中心分级旋流干式低排放(Dry Low Emission, DLE)燃烧室为研究对象,以天然气为燃料,针对不同的全局当量比、进口温度、进口压力条件开展试验测试和数值模拟,研究燃烧室的燃烧性能以及污染物排放的变化规律。研究发现：随全局当量比增大,中心回流区长度略有增大、宽度变窄、回流速度增大,燃料量的增加使得高温区面积明显扩大,燃烧室出口温升明显增大,出口温度分布系数变化不大,燃烧室出口CO和NO_x排放摩尔分数明显增大;随进口温度的增大,中心回流区长度先明显增大再减小、宽度变窄、回流速度先增大再减小,进口空气温度的升高使得反应速率加快从而导致燃烧室出口温度升高,但温升、出口温度分布系数变化不大,CO和NO_x排放摩尔分数增大;随进口压力的增大,中心回流区长度、宽度略有增大,回流速度增大,燃烧室内部和燃烧室出口温度无明显变化,出口温度分布系数减小,CO和NO_x排放摩尔分数受影响较小。     

污泥掺烧方式对燃煤锅炉燃烧影响的模拟研究

为了确保燃煤锅炉掺烧污泥后炉内燃烧安全稳定并控制NO_x的生成,以国内某典型1 000 MW超超临界燃煤锅炉为研究对象,利用CFD软件计算研究了不同的污泥掺烧方式对锅炉温度场和NO_x生成的影响。结果表明：在燃煤锅炉不同层的燃烧器掺烧污泥,掺烧污泥的燃烧器对应高度均出现了温度的下降和NO_x排放浓度的降低;随着污泥分别由下往上在B,D,F层燃烧器进行掺烧,在炉膛出口处烟温升高,NO_x排放浓度降低;在保持F层燃烧器总热值不变的情况下进行掺烧时,能保证锅炉整体温度水平,掺烧污泥比例越高,炉膛出口烟温越低,NO_x生成量越少;在F层燃烧器掺烧污泥燃烧效果较好,有利于NO_x减排,是最适合污泥掺烧的燃烧器层。     

燃煤锅炉掺氨燃烧研究进展

将零碳燃料氨在燃煤锅炉中进行掺烧,是极具潜力的电力系统低碳化改造路径之一,对我国“双碳”目标的实现具有重要意义。由于氨与煤的理化特性迥异,掺氨燃烧将对燃煤锅炉的运行造成一系列影响。本文总结国内外相关研究,从氨燃料特性出发,简述了氨燃烧增强策略,分析了掺氨对燃煤锅炉传热、燃烧及NO_x排放、受热面安全、锅炉效率及■效率的影响,最后对燃煤锅炉掺氨燃烧的研究进行了展望。研究表明,氨在储运成本及安全性方面具有优势,但其燃烧特性与氢气、天然气等气体燃料相比存在差距,可通过与挥发分共燃、富氧燃烧、燃料预热等策略实现氨燃料的稳定着火及燃尽,而这些策略在燃煤锅炉中均可较方便地实施。掺氨比例越高,炉内辐射传热量降低,对流传热量增加。在空气分级条件下,若燃烧组织得当,掺氨燃烧后NO_x排放甚至不升反降。此外,燃煤锅炉掺氨燃烧可能会加剧尾部受热面的低温腐蚀,系统■效率性也略有降低。未来,氮氧化物的生成机理与预测模型、氨煤掺烧锅炉炉内的多场耦合机制等将是燃煤锅炉掺氨燃烧领域研究的重点方向,相关数值模拟子模型的完善以及中试以上规模燃煤锅炉掺氨燃烧的工程验证也亟待开展。     

生物质颗粒燃烧特性的数值模拟及实验研究

基于ICEM软件对燃烧室进行二维建模和结构化网格划分,并应用FLUENT软件对玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质颗粒在燃烧室中进行燃烧仿真模拟,与煤粉燃烧进行对比。对比分析5种燃料燃烧时,燃烧室内不同位置中心截面的温度、O₂、CO₂和NO_x质量分数的变化曲线,同时分别对5种燃料做单独燃烧实验,结合对比分析结果将4种生物质颗粒分别和煤粉按照5.00%、10.00%、15.00%、20.00%的质量掺混比做混烧实验。研究结果表明,5种燃料中,煤粉在燃烧室中心截面上的温度最高,且最高温度比4种生物质颗粒高600 K以上,但生物质颗粒的温度分布均匀程度均优于煤粉;煤粉燃烧产生的NO_x含量最高达到2.00%,而生物质颗粒产生的NO_x含量基本为0.00%,且生物质颗粒的燃烧特性受一次风速、一次风温及自身含水率的影响较大;5种燃料燃烧时燃烧室最高温度的模拟值均高于实验值,但误差均小于20.0%,4种生物质颗粒与煤粉混合燃烧的质量掺混比不宜超过15.00%,当质量掺混比为15.00%时,燃烧...     

天然气组分变化对双燃料燃烧室性能影响试验研究

为提高燃气轮机的燃料适用性,考察天然气组分变化对燃烧室性能的影响,采用两种不同组分的天然气燃料,对某型双燃料燃烧室进行了对比试验研究。研究结果表明:天然气N_2组分比例升高时,火焰筒燃烧室出口温度分布(OTDF)有所下降,径向温度分布(RTDF)基本相当;火焰筒壁面温度升高;NO_x排放量与CO排放量数值基本不变;燃烧室燃烧效率基本保持一致;燃烧室平均动态压力值升高。