新型液排渣燃烧器内燃烧特性的数值模拟

通过数值模拟的方式,研究了新型液排渣燃烧器在不同过量空气系数下的速度、温度以及组分浓度的分布情况.结果表明,在较小的过量空气系数(α=0.7,0.8)时,煤的燃尽情况较差;α≥1.0时,煤粉燃烧更完全,但却不利于氮氧化物的控制.采用分级燃烧的方式,控制燃烧器内为欠氧燃烧(取α=0.9)以降低局部氧浓度,既能达到液态排渣要求,又可抑制NOx的生成,并在高温烟气进入炉膛降温之后再补充燃尽风,使得可燃成分在炉膛内再次燃烧,提高燃尽率.通过模拟与实验相结合的方式,对燃烧器进行三种不同负荷下的热态实验研究,该燃烧器负荷适应性好,模拟结果与实验结果相吻合.     

四角切圆锅炉富氧燃烧对NO_x生成影响的数值模拟

采用RFG富氧燃烧方法在新疆某电厂350 MW机组锅炉上进行数值模拟,对燃烧时炉内温度场、CO与O2及NOx排放进行分析。结果表明:在21%、25%、29%富氧燃烧工况下,NOx排放浓度均低于空气燃烧时的浓度;四角切圆燃烧煤粉锅炉采用富氧燃烧后,炉膛出口NOx浓度由空气燃烧时的359 mg/m3分别降低到235 mg/m3、272 mg/m3、305 mg/m3;高浓度的CO2与煤粉反应生成CO,形成还原性氛围,有助于抑制NOx生成以及增大对已生成NOx还原的概率;在氧气含量为21%的浓度下,通过增加循环烟气中NO含量可以减少NOx的生成和排放。     

进风量对燃气燃烧器燃烧及NO_x排放特性影响

运用Fluent软件对40 t/h锅炉用燃气燃烧器的性能进行三维数值模拟。首先用Pro/E软件画出燃气燃烧器和炉膛三维图,然后在Gambit中进行建模,采用相关数学模型,在Fluent中设置边界参数及初始条件,迭代计算得出结果。研究了燃烧器的总体性能,燃烧器及炉膛内部甲烷、空气、压力、温度分布云图。着重研究了进风量过大或过小时对燃烧器及炉膛内速度场、温度分布、NOx排放量的影响。结果表明:合适的进风量是保证燃烧器稳定燃烧的关键因素之一,对污染物NOx的排放也是关键的影响因素。数值的模拟计算结果对燃烧器优化设计改造提供了重要的研究依据。     

膜式水冷壁结构燃磷塔的开发与传质传热的数值模拟（Ⅱ）传热特性影响因素分析

利用已建立的数学模型考察了燃磷量、过剩空气系数、壁面温度、辐射吸收系数对新型燃磷塔的最高燃烧温度、烟气排放温度、壁面最大热流和平均热流的影响.模拟结果表明,无论过剩空气系数固定还是空气流量固定,随燃磷量的增大,最高燃烧温度、烟气出口温度、壁面平均热流和最大热流都呈上升趋势.在燃磷量不变情况下,最高燃烧温度、壁面最大热流和平均热流均随过剩空气系数的增大而减小,但烟气出口温度缓慢增加.壁面温度对最高燃烧温度、壁面最大热流和平均热流影响不明显,但烟气出口温度随壁面温度的升高而增加较大.辐射吸收系数对最高燃烧温度和壁面最大热流影响很大,随辐射吸收系数的增大,最高燃烧温度和烟气出口温度会下降,而壁面最大热流和平均热流会上升.     

不同空气分级模式下氨煤掺烧数值模拟

氨作为零碳燃料和良好的储氢介质，近年来引起广泛关注。未来在燃煤电厂掺烧零碳燃料是碳减排的重要途径。在空气深度分级模式下，对氨煤掺烧进行了数值模拟，讨论了煤燃烧区域不同过量空气系数α工况下炉内的温度场、组分浓度场及NO_x排放情况，而各工况总的过量空气系数均维持在1.2。模拟了4个燃烧工况(α=0.696、0.840、0.912、0.996)。对温度场的统计结果表明，随α降低，煤粉燃烧第1阶段的着火位置提前，但形成的高温火焰长度缩短，喷氨口附近的温度更低。在α=0.696工况下，可明显区分出煤粉火焰和氨燃烧火焰。随α提高，二者界限逐渐模糊。α降低有助于在氨燃料喷入上游形成一个较长的还原区，因此氨发生氧化反应的概率降低。但随α降低，炉内燃尽情况降低，CO排放浓度、飞灰含碳量及氨逃逸量提高。炉内NO_x浓度统计结果表明，随α降低，NO_x排放水平显著降低。进一步对炉内H₂浓度进行统计，发现α=0.696工况下，炉内最高H₂体积分数可达2%,这意味着该工况下氨的分解反应显著增强。由于氨的消耗...     

热解燃烧链条炉低NOx排放特性的数值模拟

利用Fluent软件,对功率为1.4 MW的新型热解燃烧链条炉的NOx排放特性进行了数值模拟,其中,煤热解产生的还原性可燃气简化为CH4,采用添加元素N的乙烯-空气混合物模拟链条炉排半焦层燃烧及其生成的NO. 数值计算结果表明,在过量空气系数为1.2、再燃比为30%的燃烧条件下,热解燃烧比传统燃烧可降低NO排放14.6%. 热解燃烧链条炉由于热解气的再燃作用,在炉膛中形成一局部还原区,可较有效地降低NOx排放,证明了热解燃烧技术的可行性. 增大再燃比和减小炉排前段风室配风量可提高出口NO还原率,减小炉膛前拱长度和前后拱间距会使NO还原作用增强.     

CH4掺混H2的燃烧数值模拟及掺混比合理性分析

本工作针对天然气掺氢燃烧技术在燃气锅炉的最佳掺混比开展数值模拟研究,以小火焰燃烧器为研究对象,计算了在空气氛围、恒定过氧系数、不同甲烷掺混氢气比条件下,掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、主要污染物排放浓度的影响。其中燃烧机理采用GRI-MECH 3.0简化机理,该反应包含24个基元反应,涉及17种组分。计算结果表明,随掺氢比增加,燃烧温度上升、燃烧反应速率加快,炭烟和CO的浓度与排放总量均降低,NOx的浓度上升但排放总量先减小后增大。结合我国城镇燃气的燃料互换性规范及工业污染物排放标准,得出最佳掺氢比为23%。     

125 MW煤粉炉内分级燃烧的数值模拟

对125 MW煤粉炉内两种工况的分级燃烧进行了数值模拟,得到了炉内温度、速度分布以及NOx,CO,CO2等气相组分浓度分布.结果表明,随二次风率降低、燃尽风率的增加,炉内最高温度降低,炉内高温区上移,NOx浓度降低;整个炉膛内部湍流强度都比较强烈;炉内CO和CO2浓度分布及速度分布与实际燃烧状况能较好吻合,可为低NOx燃烧技术和锅炉改造提供指导.     

煤粉空气分级燃烧中还原性气氛的模拟预测及分析

空气分级燃烧是广泛采用的煤粉低氮燃烧技术,使用数值模拟方法对其进行模拟预测,有助于燃烧设备的改进并优化燃烧,实现在燃烧中进一步降低污染物排放。空气分级燃烧数值模拟中对还原区的准确模拟是预测氮氧化物排放、硫化氢高温腐蚀等的基础。笔者旨在提出一种合理预测煤粉空气分级燃烧还原性气氛的数值模拟方案,并将其应用于实际锅炉的模拟,并探讨了还原性气氛预测准确性对氮氧化物排放、焦炭燃烧等的影响。主要内容包括:①对煤粉空气分级燃烧过程进行原理分析,提出数值模型开发及其应用的研究思路,即是通过小型电加热沉降炉模拟实际锅炉分级燃烧温度和组分浓度场,测量组分、焦炭转化等参数用于模型开发和验证,最后将开发的模型嵌入商用数值模拟平台,实现分级燃烧全过程模拟。基于此,搭建了能够反映实际锅炉空气分级燃烧温度场和组分浓度场特性的电加热沉降炉试验平台,并通过在线称重给煤速率、气体浓度组分测量,对试验系统的稳定性进行了验证。②设计不同工况的空气分级燃烧试验,并获取沿程CO、H_2、焦炭转化率等关键数据,基于数值模拟的动力学优化方法获取空气分级燃烧状态下还原区焦炭的气化反应动力学参数。通过开发用户自定义函数的方式在Fluent平台上实现了焦炭气化以及还原性气氛的模拟预测,并将其应用于600 MWe超临界墙式对冲炉分级燃烧的数值模拟。③分析比较了在模拟中不考虑气化和考虑气化时对炉内温度、还原区气氛、氮氧化物的分布和焦炭转化的影响。结果表明,文中提出的空气分级燃烧数值模拟方案能实现对实际锅炉空气分级燃烧特别是还原区的合理预测;在模拟中不考虑焦炭气化将导致还原性气体浓度明显偏低,导致颗粒燃尽推迟,炉膛出口氮氧化物浓度偏高。     

反射板几何结构对圆筒炉辐射室热效率的影响

为了提高圆筒炉辐射室的传热效果,在炉膛辐射室出口设置了不同几何结构的反射板.采用数值模拟方法研究了反射板的设置对于炉内烟气流动、温度分布及辐射传热的影响.结果表明,反射板的存在,延长了烟气在炉内的停留时间,炉膛上部空间取热面附近的温度有所上升,在一定程度上增加了炉膛取热面的吸热量,降低了烟气出口温度,提高了辐射室热效率.随反射板直径的增大,炉膛取热量随之增加,但增加的幅度逐渐减小.     

循环流化床氮氧化物排放预测模型及优化控制研究

随着环保要求的日益严格,为了降低CFB机组的NOx排放,需要对炉内生成的NOx浓度进行准确估计并应用到控制中,对此,建立精确实用的机理控制模型显得十分必要。同时,需要综合考虑降低炉内燃烧所生成的NOx与SNCR的优化控制,利用该模型对炉内外NOx综合控制进行优化。通过对NOx的生成机理进行分析,以CFB锅炉燃烧产生的燃料型NOx为主体,应用数学建模与仿真的方法,以给煤量、风量等作为模型输入,建立炉膛出口CO浓度预测模型,并以此模型为基础,与即燃碳模型为输入,建立可以用于控制的炉膛出口NOx浓度预测模型。利用上述方法建立了炉膛出口CO浓度预测模型和炉膛出口NOx浓度预测模型,并根据实际运行数据对模型进行参数求取及仿真,针对炉内燃烧控制与SNCR脱硝配合不佳,导致NOx排放水平较高的问题,根据所建立的炉膛出口NOx浓度预测模型,提出了炉内外NOx综合控制技术路线,设计了基于NOx浓度预测模型的一二次风量优化控制与SNCR优化控制思路。仿真证明了所建立的模型具有较好的精确度,满足实际控制系统的精度要求,并具有一定的预测效果。所设计的炉内外NOx综合控制技术路线与一、二次风量优化控制思路可以为今后循环流化床机组NOx低排放控制提供参考。     

420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%～70%),而飞灰含碳量保持在3%～4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。     

Claus硫磺回收燃烧器旋流结构对反应特性影响研究

针对某炼化厂硫磺炉炉内的燃烧特性进行了三维数值模拟。构建了炉膛的三维全尺寸模型,采用FLUENT软件进行求解。主要考察了硫磺燃烧器中空气旋流角度与酸性气体旋流角度差对硫磺炉炉内燃烧反应特性的影响。计算表明,针对该硫磺炉炉型,当旋流角度差值为+15°时,酸性气与空气在燃烧器出口附近具有较大的切向滑移速度,在流场边界处形成较强的湍流混合区域,两股气流混合的速率最快,沿炉膛轴向距离最短。旋流角度差值大于或小于该范围都将对燃烧工况造成不利的影响。在最佳结构下,燃烧产生的火焰长度短,炉膛后部温度均匀,生成的SO2组分浓度分布均匀,有利于SO2与H2S的进一步反应。计算结果为新型高效硫磺燃烧器的设计提供了理论依据。     

烟气再循环在煤粉工业锅炉上的数值模拟研究

为考察烟气再循环对工业煤粉锅炉NOx排放及炉内燃烧过程的影响,对30 t/h高效煤粉双锅筒室燃工业锅炉进行研究。采用数值模拟和试验研究,考察烟气再循环的低氮效果,分析烟气循环倍率对NOx排放浓度的影响,并研究循环倍率对炉膛温度、排烟温度等炉况的影响规律。结果表明:循环烟气通入炉内,火焰尺寸增大,温度更加均匀,减少了NOx的排放浓度;同时随着循环烟气的加大,排烟温度逐渐升高,蒸汽流量逐渐降低;当烟气循环倍率为20%时,NOx减排17%。     

煤粉锅炉高效低NOx局部富氧燃烧技术模拟研究

针对某公司150 t/h煤粉锅炉燃烧效率低、NOx排放浓度高、炉膛结焦等问题,提出了用富氧风作为炉顶燃尽风和贴壁风的分级燃烧新思路,采用计算机数值模拟技术和k-e- -g气相湍流燃烧模型及煤双挥发反应热解模型,对锅炉炉内速度场、温度场及燃烧过程中的NOx生成浓度进行数值模拟. 技术改造后锅炉的燃烧效率保持在96%以上,锅炉综合热效率在91.40%以上,NOx排放量为625~763 mg/m3,未发现炉膛水冷壁和高温过热器上有结渣现象.     

300 MW贫煤锅炉低氮燃烧系统改造及性能优化

针对300 MW贫煤锅炉,进行了低NOx燃烧系统改造和性能优化实验,研究了低氮燃烧器组合深度空气分级低氮燃烧技术对贫煤燃烧锅炉NOx排放的影响规律和控制效果.结果表明,锅炉采用新型低氮燃烧器、全炉膛深度分级燃烧改造后,锅炉SCR脱硝系统入口NOx浓度可由改造前约1 100mg/m3(干态,6%氧量)下降至改造后的460mg/m3(干态,6%氧量)左右,氮氧化物排放浓度平均降幅达到50%以上.改造方案及实验结果可为贫煤燃烧锅炉低NOx燃烧改造和运行优化提供借鉴.     

大型燃煤锅炉内辐射熵产及辐射(火用)试验研究

为了研究燃煤炉膛内辐射传热效率,达到节约能源,降低污染物排放的目的,提出一种大型炉膛内辐射熵产及辐射火用的试验测量方法,并应用于一台200 MW发电机组的670 t/h燃煤锅炉上。通过在锅炉上安装CCD相机获取炉内辐射图像,基于辐射反问题求解方法重建炉膛底部、燃烧器区域及炉膛出口3个截面的炉内温度分布及辐射特性,进而获得炉内煤粉燃烧介质和水冷壁的辐射熵产、辐射熵产数及辐射火用,并分析了炉内温度分布的均匀性及壁面辐射热流对燃煤锅炉内辐射熵产和辐射火用的影响。结果表明,随着燃煤锅炉内温度分布均方差增大,煤粉燃烧介质吸收、发射及散射过程的不可逆性增大,辐射传热效率越低,燃烧介质产生的辐射熵产从419 W/K增至629 W/K,辐射熵产数从0.048增至0.067;随着水冷壁面热流增大,水冷壁面辐射传热过程的不可逆性增大,辐射传热效率降低,水冷壁产生的辐射熵产从1.566 k W/K增至4.575 kW/K,辐射熵产数从0.258增大至0.346;在燃煤锅炉的燃烧器区域,由于燃烧温度相对最高,其辐射换热过程相对最剧烈,有用功相对最多,因而辐射火用相对最大;而对于温度相对最低的炉膛出口区域,其辐射换热过程相对最弱,有用功相对最少,因而辐射火用相对最小。由此可见,对于实际炉膛而言,提高炉膛内温度场的均匀性,尤其是提高炉膛燃烧器区域内温度场的均匀性,对于提高燃煤炉膛辐射传热效率具有重要的意义。     

58 MW煤粉工业锅炉空气分级燃烧试验研究

加快推进燃煤工业锅炉环保改造,有效降低煤粉工业锅炉大气污染物排放量,特别是降低NOx排放迫在眉睫。空气分级燃烧技术是一种减排效果显著,改造成本较低的低氮燃烧技术,已在电站锅炉得到成功应用。为考察空气分级燃烧技术在煤粉工业锅炉上应用效果,以煤科院某58 MW煤粉工业锅炉空气分级改造项目为研究对象,通过在侧墙上布置6个火上风喷口,实现空气分级燃烧。通过工程试验,采用特制水冷取样枪以及耐高温烟气分析仪,测量了该锅炉原工况(不采用火上风)与分级燃烧(采用火上风)工况下,炉内3个不同截面(每个截面10个取样点)以及双锥燃烧器内6个测点处烟气温度及烟气组分。结果表明,分级燃烧工况下,双锥燃烧器内在x=0.3 m测点后形成了高温、强还原性气氛,有效抑制了燃烧初始阶段NOx的生成。这是因为分级工况下双锥燃烧器内氧气被迅速消耗,焦炭燃烧反应速率显著下降,焦炭气化反应明显增强,故形成了较强的还原性,有效遏制了NOx的生成。炉内不同截面烟气温度及组成变化规律表明,原工况烟气温度分布整体呈现燃烧器射流中心高、外侧低的趋势,氧含量分布与温度分布趋势相反,而分级工况受双锥燃烧强还原性高速火焰以及火上风喷射的影响,截面温度波动较大,中间截面呈现燃烧器射流中心偏低的现象。分级工况在炉内形成明显的还原区,且表现为燃烧器射流中心CO浓度高、外侧低的现象,有效降低了炉内NOx生成。58 MW煤粉工业锅炉火上风空气分级低氮改造,在双锥燃烧器及炉内创造了合理的贫氧还原区,具有良好的低氮效果。     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

配风方式对燃煤锅炉掺烧污泥影响的数值模拟研究

燃煤耦合污泥发电技术研究主要聚焦在掺混比等条件的影响,而主燃区过量空气系数等因素的影响规律尚不清晰。鉴于此,采用涡耗散模型对600 MW四角切圆煤粉锅炉掺烧市政污泥进行数值模拟研究,分析了污泥掺混比例、主燃区过量空气系数以及二次风配风方式对燃煤锅炉内污泥掺混燃烧及NOx生成的影响。结果表明:随着污泥掺混比增加,炉膛整体温度下降,影响燃烧稳定性,同时炉膛出口NOx浓度有所降低。当污泥掺混比例增长至20%,炉膛出口温度约下降100 K,NOx浓度减少53.2%。而污泥掺混比例对于炉膛内速度场分布影响较小。随着主燃区过量空气系数由0.72增加至0.96,炉膛出口温度增幅较小,仅增加15 K左右,而NOx浓度则大幅增长,由174.39 mg/m3增长至352.09 mg/m3,约增长50.4%。在本文过量空气系数范围内,考虑温度和NOx浓度,推荐主燃区过量空气系数0.84。不同二次风配风对燃煤锅炉掺烧污泥影响差异较大。5种配风方式下,炉膛出口温度和NOx浓度有较大变化。鼓腰配风下炉膛出口温度最低,为1 289 K,而倒塔配风温度最高,为1 341 K。同时鼓腰配风下NOx浓度较高,为207.77 mg/m3,束腰配风NOx浓度较低,为156.42mg/m3。综合温度和NOx浓度,本文二次风配风推荐采用束腰配风方式。