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.     

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。     

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.     

旋流数对燃油旋流燃烧器燃烧过程影响的数值模拟

模拟燃烧器在不同的旋流数状况下,燃烧空间内部温度场和速度场的分布,分析燃烧器燃烧过程的火焰结构和火焰温度。模拟结果表明:要保证燃油能稳定燃烧且火焰分布合理,旋流数应选在1.584～4.705之间。     

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%.     

深度空气分级条件下配风方式对炉内燃烧特性影响的数值模拟研究

借助数值模拟方法对四角切圆煤粉锅炉进行三维稳态数值模拟,观察其炉内燃烧过程,重点对比了在空气分级下不同配风方式对炉内空气流动和燃烧特性的影响。结果表明:底部配风量较多的正宝塔型、均等、缩腰型配风在炉膛底部形成较高切圆且温度较高,主燃区上部风量较小的正宝塔型和鼓腰型配风速度分布均匀,温度偏差较小,倒宝塔型和鼓腰型配风时出口NOx较其他3种配风方式要小。     

新型高温空气产生系统压力波动与可行性分析

对一种新型往复式热循环多孔介质燃烧高温空气产生系统进行了冷态试验研究.介绍了系统的工作原理及实验流程,分析了一次风量、二次风比及多孔介质结构参数组合对系统压力波动特性、高温空气模拟气流产生的可行性和产生量的影响.结果表明,一次风量和二次风比对系统压力波动影响较大;一次风量增加有利于高温空气模拟气流产生,当二次风比大于等于1时,模拟气流产生可行,且值越大,可行性越好;一次风量和二次风比增大,高温空气模拟气流量绝对值增加,但从分流比分析,高温空气模拟气流受一次风量影响较小,随二次风比增大而逐渐减小.在空隙率相同的情况下,多孔介质孔径变化对系统压力波动、高温空气模拟气流产生和产生量影响较小.通过比较4种多孔介质结构组合,表明燃烧器内采用渐变型多孔介质燃烧器更有利于增大分流比.     

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.     

多孔介质内低热值气体燃烧及传热数值模拟

以一个简化的氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器为模拟对象,使用计算流体力学(CFD)方法对低热值气体燃烧进行模拟研究.考虑气体的湍流扩散和气固间的对流换热及固体间的辐射和导热换热,通过研究多孔介质内的压力分布、速度分布、温度分布及组分分布,对多孔介质内的总的热流密度及辐射热流密度进行对比分析,揭示燃烧器内不同轴向位置的燃烧及换热规律.结果表明,低热值气体在氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器内燃烧时火焰面前沿气固温差大于火焰面后气固温差.火焰面前沿固体温度高于气体温度,热量由固体传向气体,对流换热强度较大;火焰面后沿气体温度高于固体温度,热量由气体传向固体,对流换热强度较小.     

加热炉均温燃烧器的火焰温度场分析

为了研究均温燃烧器的温度均匀性,利用流体分析软件Fluent对燃烧器结构进行仿真分析,验证了结构设计的合理性,分析其不同截面下温度场的分布。结果表明:距离气体进口表面为0.4 m时的火焰温度均匀性最好,温差最大不超过200℃;火焰温度最高,理论最高温达到2 350℃。     

Joint method for reconstructing three-dimensional temperature of flame using Lucy-Richardson and nearest neighbor filtering using light-field imaging

The real-time measurement and reconstruction of three-dimensional temperature are essential when studying the combustion process inside a flame. In the proposed sectioned flame light field imaging model, flame sections are reconstructed based on the characteristics identified using the Lucy-Richardson or nearest neighbor filtering methods, or a joint method involving a combination of both, to improve on the accuracy of two-dimensional temperature reconstruction. Compared to the results of a previous work, the proposed method increases the resolution in the depth of field direction and the extraction of the flame temperature of all sections from the same height ensures the accuracy of the reconstructed temperature distribution across the cross-section of the flame. The relative error when compared to the actual flame is less than 10%. Thus, this approach allows the accurate estimation of the three-dimensional temperature distribution inside a flame, and enables the rapid and effective reconstruction of the three-dimensional temperature field.     

吸收发光CT法测量燃烧火焰温度分布

火焰温度的测量一直是燃烧研究领域的一个重要课题。本文在分析了已有的测温方法的基础上，提出了利用吸收发光法结合计算机断层摄影技术测量火焰内部截面上温度分布的新方法。文中讨论了这一方法的基本原理及实现过程，并给出了对稳态射流火焰的实测结果。     

陶瓷窑炉中富氧燃烧火焰特性的试验研究

以单节辊道窑的结构形式设计物理模型进行富氧燃烧试验研究,在不同氧浓度条件下,从火焰形貌、火焰温度分布、火焰传播等方面分析富氧燃烧技术对火焰特性的影响,为窑炉设计及富氧喷枪设计与布置提供依据。研究结果表明:当氧浓度从21%增加至30%时,火焰亮度逐渐增加;火焰长度逐渐缩短并向喷枪口处收缩;最高火焰温度明显提高,且火焰最高温度出现位置向喷枪口靠近;轴向火焰温度分布趋向集中,在设计窑炉时应该注意火焰长度方向的尺寸;火焰前沿速度逐渐降低,引起温度梯度变大,火焰覆盖面积减小,需要设计可用于富氧燃烧的可调节式燃烧器,以保证在不同氧气浓度下,火焰处于稳定燃烧状态。     

二元喷管尾焰红外辐射的理论计算

从喷气飞机发动机圆形对称喷管尾焰的温度分布和各组分压强分布理论计算开始,结合矩形非轴对称二元喷管的同和何模型,采用由圆形喷换算到矩阵喷管的方法。     

细水雾作用下受限空间油池火焰温度分布实验研究

利用红外热像技术对受限空间内细水雾熄灭油池火过程中火焰温度分布和火焰结构变化情况进行了实验观察,结果证明池火火焰存在核心反应区、通风控制和燃料控制区域.细水雾与火焰结构相互作用的红外热像显示:突然施加细水雾,燃烧被强化,可能的解释是湍流使燃料的燃烧速率加快了.随着细水雾的连续施加,火焰的紊流程度进一步增强,不连续区域进一步扩大;同时,细水雾不断吸热汽化,高温区域逐步缩小,直至火焰完全熄灭.     

变参数下W辐射管性能变化规律的数模研究

本文以数学模型为手段，研究了在不同空气预热温度、不同火焰长度下单辐时管壁温分布规律及烟气温度变化规律，同时研究了在不同参数下群辐射管性能变化的规律。获得了有实际指导意义的结论。     

隧道列车火灾的顶棚射流平均温度分布

列车着火并停留在隧道内时,容易产生夹带火焰的顶棚射流。通过建立列车中部着火时火焰顶棚射流的一维单元控制体模型,考虑火焰烟气与隧道壁面和列车壁面之间的换热,导出列车火灾火焰顶棚射流平均温度的迭代计算公式。并通过隧道列车火灾的1∶8缩尺模型实验和数值模拟计算,确定了迭代公式中的待定系数。由该公式经过迭代运算后得到的平均温度值与实测值吻合较好,最大误差不超过7%,验证了公式的可靠性。结果表明：列车上方和离开列车进入隧道的火焰顶棚射流的平均温度均沿隧道纵向呈指数形式变化,但变化的程度不同。通过分段拟合的方法,分别给出了两段顶棚射流的平均温度沿隧道纵向变化的预测公式。对隧道列车火灾的报警参数选择及装置设置、乘客安全疏散,以及分析火灾对隧道衬砌结构的破坏作用等均具有一定的参考价值。     

多功能气相燃烧实验台的研制及实验分析

本文着重介绍和验证自制多功能气相燃烧实验台的作用。结果表明在该实验台上能进行层流火焰传播速度、火焰稳定性曲线、层流扩散火焰长度随R_(ed)的关系、火焰温度分布等测定,可对气相火焰现象进行观察及实验分析研究。     

Effects of H_2/CO/CH_4 syngas composition variation on the NO_x and CO emission characteristics in a partially-premixed gas turbine combustor

This paper reports the effects of variations in the fuel composition of H_2/CO/CH_4 syngas on the characteristics of NO_x and CO emissions in a partially-premixed gas turbine combustor. Combustion tests were conducted on a full range of fuel compositions by varying each component gas from 0% to 100% at heat inputs of 40 and 50 k Wth. Flame temperature, combustor liner temperature, ignition delay time, and flame structure were investigated computationally and experimentally to judge whether they are significant indicators of NO_x and CO formation. The characteristics of and reasons for NO_x and CO emissions were investigated by analyzing the emission mechanisms and relationships among fuel property, equivalence ratio, flame temperature, liner temperature, flame shape. The flame structures were investigated using the following flame visualization methods:(1) time-averaged OH* chemiluminescence and its Abel-deconvolution;(2) direct photography; and(3) instantaneous OH-PLIF. The flame structures were greatly changed by the fuel composition and heat input, and they were subjected to key affecting parameters of the temperatures of the flames and the liners. NO_x and CO emissions also largely varied according to fuel composition and heat input, showing neither linearly nor exponentially clear proportional trends toward the syngas compositions because of the singular conditions. For example, only the 100% CO flame at low load emitted lots of CO, whereas complete combustion was observed in other cases. However, the qualitative observations showed that the root causes of NO_x emission behaviors were flame temperature and flame structure, which were directly related to the residence time in the flame. Various sets of practical test results were obtained, and these results could contribute to the optimal selection of the fuel-feeding condition when fuel is changed from natural gas to syngas in order to minimize NO_x and CO emissions with stable combustion.     

CFD prediction of physical field for multi-air channel pulverized coal burner in rotary kiln

A 3-D numerical simulation with CFX software on physical field of multi-air channel coal burner in rotary kiln was carried out. The effects of various operational and structural parameters on flame feature and temperature distribution were investigated. A thermal measurement was conducted on a rotary kiln （4.5 m in diameter, 90 m in length） with four-air channel coal burner to determine the boundary conditions and to verify the simulation results. The calculation result shows that the distribution of velocity near burner exit is saddle-like; recirculation zones near nozzle and wall are useful for mixture primary air with coal and high temperature fume. A little central airflow can avoid coal backing up and cool nozzle. Adjusting the ratio of internal airflow to outer airflow is an effective and major means to regulate flame and temperature distribution in sintering region. Large whirlcone angle can intensify disturbution range at flame root to accelerate ignition and mixture. Large coal size can reduce high temperature region and result in coal combusting insufficiently. Too much combustion air will lengthen flame and increase heat loss.