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.     

直流二次风扩口对燃烧器流场影响的试验研究

在气固两朴实验台上采用先进的ＰＤＡ测试技术对不同直流二次风扩口角度情况下径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口气相速度和脉动速度、颗粒浓度分布进行了测量,得出了直流二次风扩口角度对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口流场回流区直径、射流扩展角的影响规律。实验结果表明直流二次风扩口角度对汉场有一定的影响,而对浓度场影响较小。所得结论对工程应用有一定的参考价值。     

径向浓缩旋流煤粉燃烧器的特性及应用

旋流煤粉燃烧器的一次风径向浓缩，强化了其分级燃烧特性，提高了燃烧的稳定性，并具备了防止水冷壁高温腐蚀和结渣的能力．该特性由径向浓缩旋流煤粉燃烧器的冷态混合特性试验及在电厂锅炉燃烧器的改造应用中得到证实     

旋流燃烧器出口气固两相流场的 光学波动法测量研究

为了精确测量旋流燃烧器出口的固相质量分数和颗粒细度,介绍了光学波动法测量固相质量分数的基本原理,并在气固两相流实验台上采用基于光学波动法的激光探针测量固相质量分数,对不同的一、二次配风条件下的回流区大小、扩散特性以及质量分数分布变化进行了测量研究.试验结果表明：在燃烧器出口流场中,固相质量分数最高点和气相速度的最高点均处于二次风口附近,在离燃烧器出口0~200 mm范围内,气相速度衰减迅速,而固相质量分数的衰减缓慢;各次风对固相质量分数分布的作用各不相同：一次风大小的改变对中心回流区内固相质量分数影响微弱,主要影响周边区域;增强内二次风对增强回流区内的固相质量分数的差异最为明显;增加外二次风限制了颗粒对外扩散,固相质量分数的分布在周向上更加均匀.     

一次风扩口角对旋流燃烧器影响的数值模拟

为了改进燃烧器设计，提出了一次风扩口角度改变对同轴旋流燃烧器影响的数值模拟方法.该方法采用重整化群 RNG κ-ε双方程湍流模型，针对燃烧器出口区域冷态流场进行数值模拟，通过比较旋流燃烧器不同一次风扩口角度情况下，回流区尺寸的变化和流场分布规律.结果表明，旋转射流轴向速度受一次风扩口角变化影响不大，其切向速度在旋流外围服从拟等势旋涡规律和在旋流中心服从刚体旋转规律；随一次风扩口角度的增大，回流区径向尺寸绝对增大，轴向尺寸先增加后减小；一次风扩口角度的增大，引起径向压力梯度的增大，从而形成了多次回流区域的存在.     

窑用多通道燃烧器回流区的三维数值模拟

在采用重整化群（RNG）k—ε模型对水泥窑用多通道燃烧器进行数值模拟的基础上，针对影响燃烧器性能的重要指标一回流区进行讨论，将三维条件下燃烧器的流场分布与传统燃烧器流场进行对比，提出了三维条件下燃烧器回流区分为中心回流区、内回流区、外回流区3个回流区的分布模型，并分析了影响回流区的直流风和旋流风2个重要因素。结果表明：旋流风的速度变化对回流区的影响比其他因素的影响更大，旋流风速度适当增大可以增大回流区的范围，而当旋流风速度过大时，外回流区消失。     

静电网格系统在旋流燃烧器流场测量中的应用

为了解决旋流燃烧器出口气固两相流的颗粒浓度测量问题,提出能够测量大空间范围内气固两相流的静电网格法,设计了静电网格系统,并将该系统应用于测量旋流燃烧器出口的气固两相流场.研究结果表明：静电网格法能够测量大空间内的气固两相流的颗粒相对浓度场,测得结果可定性地反映实际浓度场|当内、外二次风风速保持不变时,一次风风速和给料速率的增加会导致回流区的减小.     

偏置周界风燃烧器综合性能数值试验

针对大型电站锅炉存在一次风喷口带火、高温腐蚀、水冷壁结渣、要求低负荷稳燃等问题，结合周界风、侧边风、钝体技术在不同方面的优缺点，提出了偏置周界风燃烧器设计方法.采用RNG k-ε模型和Langrangian颗粒模拟方法对偏置20 mm周界风燃烧器单喷口射流及其在大型电站锅炉上的应用进行了气固两相流动数值模拟分析.数值试验结果表明，偏置周界风燃烧器在保证煤粉气流着火稳定性以满足低负荷燃烧要求的同时，具备较强的防止喷口带火能力；炉内水冷壁附近颗粒物质量分数相对较小，从而能保证较高的氧化性氛围以解决水冷壁高温腐蚀、结渣等问题；偏置周界风所引起的炉内气固两相偏析在低NO_x燃烧控制方面具有重要意义     

径向浓缩旋流人燃烧器的特性及应用

旋流煤粉燃烧器的一次风径向浓缩，强化了其分级燃烧特性，提高了燃烧的稳定性，并具备了防上上水冷壁高温腐蚀和结渣的能力，该特性由径向浓缩旋流煤粉燃烧器的冷态混合特性试验及在电厂锅炉燃烧器的改造应用中得到证实。     

内外风量比对回转窑内烟气流场及其温度分布影响的研究

通过研究内外风量比对回转窑内火焰形状、烟气流场及其温度分布的影响,为优化燃烧器的操作参数提供依据.以一四风道煤粉燃烧器及Φ4m×60m的回转窑为对象,应用Fluent软件,建立了k-ε湍流模型,煤粉燃烧模型和辐射换热模型.研究了以煤粉为燃料,内外风量比分别为0.37、0.47、0.6和0.8时,回转窑内火焰形状、烟气流场及温度分布情况.结果表明,内外风量比为0.47时,回转窑内火焰形状成良好的棒槌状,火焰高温区达到2 000K,火焰温度分布符合水泥熟料煅烧的要求.计算给出了最佳条件下,沿窑长方向上的O2、CO、CO2的摩尔浓度分数分布,计算分析了喷煤管出口附近的内回流区和窑壁附近的外回流区,表明了在最佳操作参数条件下窑内流场分布和气体浓度场分布的合理性.     

齿型扩口对旋流燃烧器流动特性影响的研究

采用－维热膜探针多方位转动法，在径向浓淡旋流煤粉燃烧器冷模式试验台，研究了在齿型和普通型两种中心扩口下旋流煤粉燃烧器出口气流的空气动力持性，试验得到了冷态旋转射流的时均速度，湍流应力，偏斜因子的测量结果，分析测量结果可见，齿型中心扩口下中心回流区直径减小，相对回流率较普通型中心扩口增加20％，同时在中心回流区边界附近湍流脉动强度明显提高，湍流正应力提高1倍以上，湍流剪切应力提高3倍以上，在主流区湍流流瞬时速度的概率密度函数更快趋向于完全随机的高斯分布，在齿型中心扩口下，出口射流的回流强度及湍流脉动强度的提高，有利于强化煤粉气流的燃烧反应。     

四墙切圆锅炉水冷壁颗粒冲击特性数值模拟

为深入了解水冷壁壁面的颗粒冲击特性,使用AnsysFluent对660 MW超临界锅炉的燃烧过程进行数值模拟,通过Fluent内冲蚀磨损模型得出燃烧器区域壁面的颗粒质量冲击量;利用Fluent软件的Sample功能输出壁面颗粒数据,将点数据导入Excel处理,得到冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度及颗粒速度值的分布情况. 结果表明:燃烧器喷口对侧区域的壁面冲击量最大值为6 kg·m^-2·s,冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度可超过30 m·s^-1,其占比不足冲击总颗粒量的0.3%,20~25 m·s^-1的冲击颗粒占比接近10%,颗粒速度的主体为5 ~ 20 m·s^-1. 壁面颗粒冲击量及颗粒速度模拟结果表明,在后墙第二组燃烧器壁面存在着6 kg·m^-2·s的高颗粒冲击量及25 ~ 29 m·s^-1的高颗粒冲击速度同时作用的区域,易发生严重磨损.     

π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟

输油管道系统常常会发生冲刷腐蚀现象,冲刷腐蚀现象产生的主要原因是颗粒对壁面的撞击。使用DPM模型研究固体颗粒对管壁的冲蚀作用,分析π型管的流动特性,研究流体速度、颗粒质量流量、颗粒直径以及颗粒密度对管道冲刷腐蚀速率的影响。模拟结果表明,π型管道在弯头处冲刷腐蚀最严重;当流体速度增大、颗粒质量流量增多时,最大冲刷腐蚀速率增大;当颗粒直径和密度增大时,冲刷腐蚀效果削弱。     

Experimental study and numerical simulation of gas-particle flows with radial bias combustion and centrally fuel rich swirl burners

Numerical simulation is applied to gas-particle flows of the primary and the secondary air ducts and burner region, and of two kinds of swirl burners. The modeling results of Radial Bias Combustion （RBC） burner well agreed with the data from the three-dimensional Phase-Doppler anemometry （PDA） experiment by Li, et al. The modeling test conducted in a 1025 t/h boiler was to study the quality of aerodynamics for a Central Fuel Rich （CFR） burner, and the Internal Recirculation Zone （IRZ） was measured. In addition, gas-particle flows with a CFR burner were investigated by numerical simulation, whose results accorded with the test data fundamentally. By analyzing the distribution of gas velocity and trajectories of particles respectively, it is found that the primary air＇ s rigidity of CFR burner is stronger than that of RBC burner, and the primary air mixes with the secondary air later. Furthermore, high concentration region of pulverized coal exists in the burner＇ s central zone whose atmosphere is reduced, and trajectories of particles in IRZ of CFR burner are longer than that of RBC burner. They are favorable to coal＇ s ignition and the reduction of NOx emission.     

关于低氮燃烧器掺烧不同煤质的改造

对东锅DGl025／18．2-Ⅱ4型锅炉所配备的百叶窗式水平浓淡燃烧器进行改造,采用分层燃烧技术,保留原主燃烧区域基本格局不变,一次风喷口采用宽钝体大回流式垂直浓淡燃烧器;增大底部AA层二次风喷口,使托粉能力增强;将Y层三次风下移到C、D两组燃烧器之间,将三次风中携带的煤粉送人主燃烧区域的高温区域;在A层燃烧器区域增加微油点火装置;在三次风附近低温区域布置适量卫燃带,优化煤粉燃尽条件,并保证主、再热蒸汽气温。改造后锅炉效率提高了2．52％,且锅炉运行正常。     

燃烧器分组对炉内空气动力场的影响及数值模拟

提出将大高宽比燃烧器进行上下分组，并采用带有侧二次风的水平逍缩煤粉燃烧器来解决炉壁结渣的问题。对此进行的冷态模化试验研究和数值模拟研究指出；燃烧器分组使炉内气流放置相对直径，壁面附近切向速度与最大切向速度之比，放置动量等明显减小，炉膛内充灌度良好。     

Large eddy simulation of unconfined turbulent swirling flow

Large eddy simulations(LES) were performed to study the non-reacting flow fields of a Cambridge swirl burner. The dynamic Smagorinsky eddy viscosity model is used as the sub-grid scale turbulence model. Comparisons of experimental data show that the LES results are capable of predicting mean and root-mean-square velocity profiles. The LES results show that the annular swirling flow has a minor impact on the formation of the bluff-body recirculation zone. The vortex structures near the shear layers, visualized by the iso-surface of Q-criterion, display ring structures in non-swirling flow and helical structures in swirling flow near the burner exit. Spectral analysis was employed to predict the occurrence of flow oscillations induced by vortex shedding and precessing vortex core(PVC). In order to extract accurately the unsteady large-scale structures in swirling flow, a three-dimensional proper orthogonal decomposition(POD) method was developed to reconstruct turbulent fluctuating velocity fields. POD analysis reveals that flow fields contain co-existing helical and toroidal shaped coherent structures. The helical structure associated with the PVC is the most energetic dynamic flow structure. The latter toroidal structure associated with vortex shedding has lower energy content which indicates that it is a secondary structure.