二次风风量对旋流燃烧器气固流动特性的影响

为了研究低NOx旋流燃烧器出口流场特性以及其与水冷壁高温腐蚀的相关性,使用三维颗粒动态分析仪（PDA）测量了不同二次风风量下的低NOx旋流燃烧器出口附近的轴向、径向、切向以及湍动速度分布、回流区的形状、颗粒浓度分布以及颗粒粒径分布.结果表明：在该燃烧器出口附近有一个环形回流区,回流区的大小以及位于二次风区域的径向速度和切向速度都随着二次风风量的增大而增大;颗粒浓度呈现内浓外淡的分布,随着二次风风量的减小,这种趋势更加明显;位于中心区域的粒径略小于外围颗粒直径,二次风风量对其影响较小;颗粒的集中分布容易导致煤粉不易燃尽.气流携带煤粉可能冲刷水冷壁,造成高温腐蚀.因颗粒直径为内小外大的分布,这使得较大的颗粒容易穿过回流区到达壁面造成水冷壁沉积腐蚀.     

低氮煤粉旋流燃烧器火焰特性的研究

为了研究实际炉膛中旋流燃烧器火焰的特点,采用火焰拍摄系统和抽气测温系统对一台600 MW电站锅炉上的低氮旋流燃烧器的火焰进行详细的测量,分析该低氮旋流燃烧器的火焰形状、轴向的组分和温度分布、火焰亮度及温度随标高的分布规律等.研究结果表明:该旋流燃烧器火焰的扩展角约为60°,火焰的直径从燃烧器喷口到下游呈现先增大后减小的特点,最大直径约为1.25m,在距离燃烧器喷口约1.6m处,火焰直径达到一个极小值,这是因为二次风从该位置开始混入一次风.旋流燃烧器火焰的中心区域为带粉的一次风占据,一次风中煤粉在喷入炉膛1.3m以后开始着火.旋流燃烧器喷口附近的火焰为回流区带回的挥发份与二次风接触后燃烧产生.该燃烧器火焰从内到外依次可以分为一次风区域、回流区、高温火焰区和二次风区.炉膛内燃烧器火焰的亮度和温度随标高的变化特征是先升高后降低,在第三层燃烧器标高处达到最大值.     

三通道煤粉燃烧器的水泥窑内空气动力过程物理模拟

在三通道煤粉燃烧器－－窑系统的冷态模型上，用五孔测压管和热电偶测定了窑内流场和温度场，分析了系统的空气动力物性，并与自由空间旋转射流做了对比，找出了内、外风量比是影响燃烧器空气动力特性的主要因素，得出设计和操作时，不需过多考虑燃烧器构件细部的变换，而应以内、外风量比调节为主的结论。     

煤种和粒度对回转窑内火焰影响的数值研究

针对四风道煤粉燃烧器的特点，应用数值仿真与现场测试相结合的方法，研究不同粒径的烟煤和无烟煤燃烧对回转窑内温度场的影响，找出适应烟煤和无烟煤的合适的粒径。结果表明，四风道燃烧器对燃料的适应性强，既可以烧烟煤，又可烧无烟煤，且对煤粉的粒径要求也较松。燃料为无烟煤，粒径为30μm时，可获得较好的活泼型火焰，随着粒径的增大，高温区域在径向和轴向逐渐减小，燃烧效率降低；燃料为烟煤，粒径为86．4μm时，可获得较理想的火焰，而粒径过小，则使火焰变长，不利于强化生产。生产中可根据不同煤种选用不同的粒径大小得到窑内理想的温度分布。     

卫燃带对着火和燃烧稳定性影响的分析模型

建立了判断煤粉气流稳定着火的着火热模型及热平衡模型,并据此分析了卫燃带对煤粉气流燃烧稳定性的影响,结果表明:敷设合适面积的卫燃带能够减小煤粉火焰向水冷壁的辐射传热量,提高燃烧器附近区域内的烟气温度,在低负荷时能够保证入炉煤粉气流获取足够的着火热量,使煤粉火焰维持在稳定着火燃烧的热平衡状态。为进一步改善锅炉对煤种、负荷变化的适应性,提出了可调卫燃带的概念。     

全氧燃烧玻璃熔窑燃烧器安装高度的优化模拟

以全氧燃烧熔窑为研究对象,借助于FLUENT软件对玻璃熔窑火焰空间进行数值模拟。对全氧燃烧条件下,燃烧器安装在3种不同高度时的熔窑火焰空间的温度场、气流场和碱蒸汽对窑炉碹顶的侵蚀情况进行分析对比,为燃烧器在全氧玻璃熔窑中的操作参数的确定提供依据,对窑炉的设计和优化进行有效的指导。研究表明,燃烧器安装高度对熔窑火焰空间温度分布有较大影响,不合适的安装位置会导致对玻璃液面的传热效率下降、碱蒸汽的挥发增强。燃烧器安装在0.3 m高度时,气流有冲刷玻璃液面的倾向,且气流平均速度较大;燃烧器安装在0.5 m高度时,火焰气流翘起,火焰空间底面附近的水蒸气的平均摩尔分数明显偏高,这些均易造成玻璃液面碱蒸气的挥发。燃烧器安装在0.4 m高度时,碱蒸汽的挥发率最小,但碹顶出现局部高温区,火焰传热效率不高。因此燃烧器的合理安装高度应该在0.3~0.4 m之间。     

配风比对燃油燃烧器燃烧过程影响的数值模拟

模拟燃烧器不同配风比状况下的燃烧器内温度场分布,分析燃烧器燃烧过程的火焰结构温度。模拟结果表明：配风比为一次风量（G1）占总风量（G）的30％,二次风量（G2）占总风量的70％时,火焰结构和火焰温度分布最合理。     

火焰稳燃船回流区热平衡模型研究

煤粉浓度对煤粉气流着火及燃烧稳定性的影响较大。结合具体的燃烧器,建立了稳焰船回流区热平衡模型,由此可近似求出加装稳焰船燃烧器后,在一定工况下煤粉气流燃烧稳定所需的最低煤粉浓度。利用本模型对某电厂１０２５ｔ／ｈ炉进行实例计算,与实验结果基本一致。     

含钒页岩实验回转窑焙烧过程数值模拟

通过采用CFX软件,以实验回转窑内的气相场、颗粒相为研究对象,建立含钒页岩实验回转窑内焙烧过程的数值模拟模型,获得在正常的操作状态下窑内烟气温度场、流场、组分场、颗粒的运动轨迹的分布情况.计算结果显示,该窑内形成两个相对高温区,在焙烧带窑内的烟气及颗粒的运动速度增大,能较准确地反应窑内的焙烧过程,对研究开发高效的含钒页岩复合焙烧专用回转窑具有重要意义.     

从窑内传热角度分析回转窑长径比对熟料烧成的影响

通过数值模拟的手段,建立预分解窑物料入窑后在回转窑内的气体、筒壁、物料的温度分布模型,计算了不同长径比回转窑内的温度分布,从其分布规律的角度来分析回转窑不同长径比对于熟料烧成的影响。研究发现,L/D较短的窑型其烧成带能够形成更为稳定的温度场,并具有更快的升温速率,对于熟料在足够停留时间下的保持较高烧成温度反应提供了条件,将会使得熟料中C3S矿物发育良好,这对于熟料烧成是有利的,并能有效地提高熟料质量。     

煤粉气流着火存在最佳煤粉浓度的机理分析

对煤粉气流的着火过程进行了比较深入的理论分析。采用煤粉气流着火热量供需平衡的原理对存在最佳煤粉浓度的机理进行了讨论，并根据简单模型进行了近似计算。结果表明，煤粉气流所需热量与着火区供热量相等、火焰温度水平最高时的煤粉浓度为最佳浓度。分析计算的结论与试验结果是一致的。     

W火焰锅炉炉内三维流场和颗粒运动轨迹的数值模拟

W火焰锅炉具有独特的炉膛和烟气流动结构,适用于低挥发份劣质煤发电,炉膛配风和煤粉颗粒对W火焰锅炉形成良好的炉内燃烧和保证安全高效洁净燃烧影响显著.针对300 MW W火焰锅炉,采用RNGk~ε和DPM模型数值研究了不同工况下W火焰锅炉炉内三维流场和煤粉颗粒运动轨迹,分析了炉膛配风和煤粉粒径对流场特性的影响.研究表明:配风对流场对称性影响很大,不合理的配风可导致火焰"短路"和气流冲刷冷灰斗.炉膛折焰角结构决定了对称的配风形成非对称流场,但增加前墙配风速度可有效平衡折焰角效应.当前后墙配风比为1.05时流场对称性最佳.下炉膛冷灰斗区双旋涡流动结构可增强煤粉气流热质交换,增加煤粉停留时间,有利于煤粉燃尽.随粒径增大,煤粉深入下炉膛平均深度越大,煤粉在燃烧炉膛内停留时间先增大后减小,存在最佳煤粉粒径.研究结果对大容量W火焰锅炉设计和燃烧调整有意义.     

回转窑筒体非稳态传热过程的数值模拟

在对回转窑传热过程进行分析的基础上,以某氧化铝厂4.5×90m的回转窑作为研究对象,建立了关于窑横截面筒体非稳态传热过程的二维数学模型,然后对窑筒体温度沿径向的分布和窑壁内表面温度随时间的变化情况进行了数值模拟计算。模拟计算结果表明,当回转窑操作正常时,窑筒体外表面的散热损失基本不变。若将窑筒体的蓄热、放热周期过程作为整体考虑,则回转窑内的换热过程可以简化为稳态换热,窑筒体径向温度可视为线性分布。     

窑内多通道喷煤燃烧器的旋转射流场的数值模拟

以气流湍流运动的偏微分方程组为基础,数值模拟研究了多通道喷煤旋流燃烧器在回转窑内形成的湍流场,由于采用ｋ－ε以方向湍流模型模拟旋转湍流场尚存在不足,本文通过对湍流耗散率方程修正的方法,开发出了能预测多通道喷煤顺旋转射流湍流场的数值模拟软件,其预测结果与热线实测值吻合较好。     

某400t/h四角切圆燃煤锅炉空气动力场的数值模拟

四角切圆的燃烧方式在大型燃煤火电厂锅炉中普遍使用,利用CFD计算方法对某锅炉四角切圆空气动力场进行数值模拟,重点分析在不同一二次风配比情况下的炉膛空气动力场和温度分布。同时,对总风量相同、一二次风配比不同、改变各燃烧器喷口风速这3种不同工况进行了模拟分析。结果表明:所建模型成功捕捉到了四角切圆空气动力场的整体特性,不同的风率和风速会产生火焰对冲或对炉膛产生贴壁冲刷,切圆直径过小或过大,火焰中心高度也会随之发生变化,合适的一二次风配比使空气动力场混合更加均匀,气流更加稳定。     

回流喷射混合器冷态气流动力场特性试验研究

本文在一内径为２６５ｍｍ，高为５６５ｍｍ的全尺寸喷射回流混合器冷态模型上对气流动力场特性进行了试验研究，测定了气流速度场分布、静压场和混合器的压降，讨论了喷射管风量分配比及对速度场的影响．结果表明，在均匀布置喷射管的条件下，可以得到较好的旋转湍动气流速度场分布特性．     

两河口长隧道独头掘进压入式施工通风三维数值模拟

两河口公路隧道埋深大且无条件修建斜竖井,只能独头掘进3 000余m,施工通风问题突出.基于CFD理论,对压入式通风气流运动采用三维紊态RNGk-ε湍流模型进行三维数值模拟,得到了施工期隧道内流场和浓度场随时间在洞内的分布变化规律.研究表明,掌子面附近为回流区,风流结构复杂,回流区以外风流分布逐渐稳定;爆破后的有害气团在隧道内是一个动态“移动”和“扩散”的过程,这个过程中有害气团从爆破掌子面逐渐扩散,并被稀释和排出隧道.同时,在3种工况下,根据CO的进入浓度和允许浓度对工作人员的进洞时间进行了研究.     

燃烧器布置对1 000 MW锅炉热偏差的影响

为改善单炉膛双切圆锅炉燃烧器墙式布置时炉内形成"冷热角"、易结渣的问题,提出一种新型燃烧器布置方式.利用Fluent软件模拟一台1 000 MW超超临界锅炉燃烧器布置对炉内流场和炉膛上部受热面热偏差的影响.结果表明,燃烧器采用半墙式半角式布置方式可以有效改善炉内的斜椭圆流场,降低前墙中部区域的温度,同时使火焰中心上移,屏底温度增加;气流旋转动量的增大导致切向速度提升,切圆直径增大,炉内气流有偏向侧墙的趋势.对于炉膛出口各截面的烟气速度、温度分布不均匀性和炉膛上部受热面热偏差增加问题,可以采用燃尽风偏转等措施来减小热偏差.     

超低热值多孔介质燃烧器积木型内芯结构的试验研究

基于一种具有热量回流的超低热值燃气多孔介质燃烧器,通过进行多孔介质块的积木式排列,构建了多种孔隙分布的多孔介质燃烧室结构.完成了在理论当量比和一定燃烧强度时,超低热值燃气在不同多孔介质积木型内芯结构中燃烧的温度变化和污染物排放测试.研究结果表明:与截面孔隙密度不变的多孔介质内芯相比,在孔隙密度沿流动方向逐渐降低的情况下,当外侧多孔介质孔隙密度比中心减小时,火焰温度和燃烧稳定性均降低,CO排放量增大;当外侧孔隙密度比中心增大时,火焰温度和稳定性升高,CO排放量减少.     

碗式配风对燃烧效率与NOx质量浓度的影响

对600 MW超临界前后墙对冲燃烧锅炉在均等配风和碗式配风下的燃烧进行数值模拟,分析不同偏差程度碗式配风对炉内颗粒质量浓度场、CO体积分数场、炉膛温度、NO_x生成的影响,并与试验结果进行对比. 模拟结果表明,燃烧器碗式配风改善了炉内宽度方向上的风、煤混合过程,减小了CO体积分数和煤粉颗粒质量浓度偏差,降低了炉膛出口烟气中CO的平均体积分数和飞灰中碳的质量分数,从而有效提高了前后墙对冲燃烧锅炉的燃烧效率. 燃烧器碗式配风对炉膛出口烟气中NO_x的平均质量浓度有不利影响,但是当碗式配风风量偏差不大于20%时,NO_x平均质量浓度变化不大于3.5%. 综合燃烧器碗式配风对水平截面CO分布特征和炉膛出口烟气中NO_x的平均质量浓度的影响,在燃烧常用煤种的条件下,碗式配风的风量偏差宜控制在20%以内. 炉膛出口烟气中CO的平均体积分数、飞灰中碳的质量分数、NO_x平均质量浓度的模拟值与热态试验值变化趋势一致. 在实际应用中碗式配风对CO平均体积分数的降低效果更加显著,当碗式配风的风量偏差达到20%时,省煤器出口烟气中CO的平均体积分数降低幅度达95%.