当量比对干式低排放燃烧室燃烧及NO_x生成影响的数值研究

采用数值模拟方法研究了干式低排放(DLE)燃烧室的流场结构及不同当量比对燃烧室内燃烧及污染物生成特性的影响。结果表明:中心回流区的高温回流燃气形成稳定的点火源,保证了燃料的着火和稳定燃烧;随着当量比的增大,燃烧室内流场变化较小,整体轴向速度略有增加,回流区范围基本不变;温度场变化较大,高温区明显扩大,整体温度上升,出口截面温度分布出现不对称的现象,下半侧高温区域面积略大于上半侧;出口NO_x排放摩尔分数明显上升,整体NO_x摩尔分数迅速上升,中心回流区附近增幅最为明显;旋流器的导向作用使燃烧室温度和热力型NO_x分布不均;降解当量比对控制DLE燃烧室NO_x排放有利。     

空气含湿量对燃气轮机燃烧性能影响

参考某型燃气轮机燃烧室,建立了全尺寸燃烧室数值模型,并结合电厂实际运行数据,研究了空气含湿量对燃气轮机扩散燃烧和预混燃烧性能的影响。结果表明,湿空气会增加燃烧室火焰高度,降低燃烧室出口平面平均温度,且含湿量越大,火焰高度越高,燃烧室出口平面温度越低,燃烧室NOx排放越低。燃烧室出口平面温度分布系数?T随含湿量的变化规律与燃烧方式相关:在扩散燃烧模式下,其随空气含湿量增加而减小;在预混燃烧模式下,?T随含湿量增加而增加;相比干空气,采用湿空气燃烧,燃烧室内压力脉动主频振幅增加,燃烧室燃烧稳定性变差。     

天然气贫预混燃烧室值班喷嘴排放特性模拟研究

以某天然气贫预混燃烧室为研究对象,采用FGM燃烧模型耦合详细化学反应机理,研究了不同值班负荷比例下的燃烧室内流场、组分场、温度场和出口污染物排放特性。模拟分析了蒸汽稀释值班燃料对燃烧室NOx排放的影响。针对纯值班喷嘴燃烧工况,从温度场和OH基浓度场分布等角度分析蒸汽稀释值班燃料对CO、NOx生成的影响。采用FR-ED燃烧模型耦合简化化学反应机理研究了设计工况下蒸汽稀释值班燃料对燃烧室出口CO、NOx排放的影响。结果表明:随值班负荷比例增大,燃烧室出口NOx排放逐步增加;采用蒸汽稀释值班燃料,值班火焰峰值温度降低约10%,出口NOx降低达88.5%,而CO变化不大。本文研究可为后续实际机组应用提供基础数据支撑。     

空气掺混CO2对CH4燃烧特性影响

采用数值模拟对空气掺混CO₂后与CH₄的燃烧特性进行了研究,分析不同CO₂掺混率对燃烧室温度场、速度场及污染物NO_x排放的影响。结果表明:提高CO₂掺混率,燃烧室高温区面积减少,最高温度降低,出口温度也逐渐下降;燃烧室回流区面积减小,不同径向截面处的轴向速度峰谷差降低,平均轴向速度逐渐下降。综合空气掺混CO₂后与CH₄完全燃烧的流场特性,认为该燃烧室模型对应的最佳CO₂掺混率为10%。     

微燃机富氧燃烧室NO_x排放的数值研究

对采用烟气循环富氧燃烧方式设计的50 kW微型燃气轮机的低NOx燃烧室,运用数值软件进行了燃烧模拟计算,从入口氧浓度、水分、进口温度等几个方面对组分分布、及NOx生成规律进行了研究。结果表明:燃烧室出口NOx浓度随着入口温度增加、水分减少、入口氧浓度增加而增大。燃烧室内低NOx生成速率等势面充满整个火焰管,高NOx生成速率等势面分布于火焰下游的氧化性氛围增强的过渡区和掺混冷却区。微型燃气轮机燃烧室采用富氧循环烟气预混燃烧方式,不论入口参数如何变化,燃烧室出口NOx排放浓度都小于5×10-5mol/mol,可以实现低NOx清洁燃烧。     

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明:由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。     

雷诺数对低压涡轮气动性能的影响分析

为了深入掌握雷诺数对低压涡轮端区流动的影响,采用Transition SST转捩模型,对雷诺数为0.6×10~5～3.0×10~54种工况下的低压涡轮流场进行数值模拟。结果表明,采取的数值模拟方法能较准确的描述低压涡轮内部流动,在低雷诺数条件下,吸力面后部附面层易发生分离,且分离泡尺寸较大。随雷诺数的降低,叶栅出口截面的总压损失逐渐增加,损失平均值及高损失区面积的增加幅度均呈现非线性增长趋势。吸力面后部附面层分离区是低能流体聚集区,是流道内总压损失迅速上升的主要原因。通道涡流出流道后继续发展,与尾迹旋涡共同构成了叶栅下游区域损失持续增长的主要来源。     

双级旋流环形燃烧室流场的数值分析与试验研究

为研究环形燃烧室出口温度分布特性,以某型燃气轮机双级旋流回流环形燃烧室作为研究对象,分别采用数值分析和试验的方法,研究该燃烧室流场特性和出口温度分布特性。数值模拟得到冷态流场特性和温度分布。根据部件试验结果详细分析出口温度沿周向分布和透平叶高分布特性,发现了局部高温影响出口温度分布系数的规律。并在此基础上调整旋流器和喷嘴的匹配关系,经过调试后出口温度分布系数有明显改善,而径向温度分布系数变化不大。结论证明该文的调试方法是可行的,为该类环形燃烧室出口温度场品质的改进提供了指导作用。     

旋流器通道宽度对旋流预混燃烧特性影响数值模拟

对某燃气轮机的旋流预混燃烧室进行数值模拟研究,主要研究旋流器通道宽度对燃烧室内流场、温度场及NOx排放的影响,从流线角度刻画回流区形态,从而解释速度场与温度场的耦合关系。结果表明:随着旋流器通道宽度的增大,燃烧室流场中轴向速度、回流速度及回流区的面积均变小,因而可以判断回流强度减弱;火焰与回流区的相对位置对燃烧室内的温度分布影响很大,当大量热释放发生在回流区回流开始位置之后时,回流区顶端的中轴线附近就会发生热量积聚,形成大面积的高温区;生成NOx同时需要高温和高氧环境两个条件,随着旋流器通道宽度变大,燃烧室出口NOx摩尔分数上升。     

过燃风水平摆动对烟气温度影响的研究

阐述了2×600 MW超临界褐煤锅炉主要设计参数和燃烧器设计参数,通过烟温测量试验分析了不同过燃风摆动角度对高温再热器出口截面烟气温度的影响,评价了水平烟道内烟气速度分布的不均匀性。试验分析结果表明,在相同二次风配风方式前提下,过燃风水平摆动对高温再热器出口截面烟气温度有影响,能消除炉内气流残余旋转,减小炉膛出口左侧、右侧烟温偏差。     

峰谷形燃烧对炉内燃烧特性影响的数值模拟

为了深度降低燃煤锅炉的NO_x排放,需要对常规低NO_x燃烧方式做进一步优化。对某采用低NO_x燃烧技术的超超临界锅炉进行数值模拟,研究了“峰谷形燃烧”模式对炉内温度场、组分场、燃尽率和底渣量的影响,并与常规低NO_x燃烧模式进行了比较。结果表明：在保持还原区及燃尽区过量空气系数不变的前提下,“峰谷形燃烧”模式可以较常规低NO_x燃烧模式更进一步降低NO_x排放,不会对整个炉膛内的燃烧、温度分布、炉底渣量和煤粉的燃尽产生明显的影响;某优化工况下,炉膛出口NO_x含量可以较常规低NO_x燃烧模式深度降低达12%。     

600 MW超临界旋流燃烧锅炉炉内温度场数值模拟及优化

使用可实现k-ε双方程模型,对600 MW超临界锅炉低NOx轴向旋流燃烧器(low NOx axial swirl burner,LNASB)燃烧过程进行了数值模拟,研究了二次风量及旋流强度对燃烧器热态流场、温度场分布的影响,对燃烧器拟改进方案进行了比较。数值模拟结果表明,内二次风对回流区影响较大,外二次风对扩展角影响明显,增大中心风速可以增加回流区根部距离;内二次风旋流强度及风量过大时容易引起火焰偏斜贴壁,中心风退出后燃烧器喷口处温度上升明显,中心给粉可以有效地增加火焰离喷口距离,为最佳改进方案。与试验结果进行对比,获得了比较一致的结果。通过设备改进和燃烧调整,解决了锅炉长期以来的恶性结渣问题,为LNASB燃烧器设计和运行提供了一定的防结渣理论基础。     

甲烷-空气扩散燃烧过程熵产分析

借助Fluent软件模拟了甲烷-空气扩散燃烧过程,对燃烧过程进行了熵产分析。单位体积内由导热和对流、粘性耗散、质量扩散和化学反应过程的不可逆性产生的局部熵产率通过用户自定义函数(user defined function,UDF)求解,由辐射过程的不可逆性导致的局部熵产率则通过对已求解的温度场进行后处理得到。结果表明对含有辐射换热的传热过程进行热力学分析时,辐射熵产不能忽略。在燃料和空气入口温度及壁面温度不变时,总熵产数随燃料入口雷诺数和玻尔兹曼数的增大分别先减小后增大。因此可以选择适当的燃料入口雷诺数和玻尔兹曼数使系统的总熵产数最小,从而提高能量利用效率。     

往复热循环多孔介质燃烧点火特性数值模拟

采用无量纲形式,以有限容积法为基础,对往复式热循环多孔介质燃烧系统点火燃烧特性进行数值模拟,分析不同点火位置对多孔介质燃烧过程中点火燃烧演变过程、燃烧稳定状态、及点燃燃气热值的影响。指出在点火燃烧演变过程中,各点火位置下的温度分布经历明显演变过程,燃烧火焰位置均逐渐向“特定位置”移动;燃烧稳定时,火焰位置相互重合,预热区温度和峰值温度基本不变,点火位置向燃烧蓄热器中心靠近,蓄热区域内温度越高,直接点燃燃气热值越低。     

预混气体在泡沫陶瓷多孔介质燃烧温度分布与火焰面移动特性

为了解多孔介质内预混燃烧的温度特性和火焰面传播特性,采用红外热像仪对不同当量比和进口气体速度的甲烷/空气预混气体在泡沫陶瓷多孔介质内的燃烧进行试验研究。泡沫陶瓷材料采用碳化硅、氧化铝和氧化锆,泡沫陶瓷孔径采用394、787和1 181PPM。结果表明,火焰面移动速度和当量比呈反比,受进口气体速度的影响不明显;火焰可以向上游或向下游传播,火焰面移动速度范围为0.35~0.38 mm/s;确定了不同材料和孔径的泡沫陶瓷内的驻定燃烧当量比和自稳定当量比范围。     

1GW单炉膛双切圆炉内煤粉燃烧过程的数值模拟

采用计算流体力学软件PHOENICS,选择合理的数学模型,对1台1GW超超临界单炉膛双切圆炉内的煤粉燃烧过程进行数值模拟,得出了炉内主燃区各截面上的速度场以及温度分布规律。结果表明,燃烧器布置在前后墙导致主燃区下﹑中层区域炉内气流为斜椭圆形,上部区域为长轴基本平行于两侧墙的椭圆形;温度在斜椭圆长轴所指的水冷壁附近局部区域较高,形成“热角”区域,在其它主燃区的水冷壁附近温度较低,且在温度较高的水冷壁附近均存在气流刷壁现象,热态运行时易形成高温腐蚀和结渣条件;针对这一问题,改变主燃区配风方式,因此,综合考虑结渣、焦炭燃尽效果以及NO排放量这几个因素,正宝塔配风方式下的工况较优。     

同向和反向合成气旋流扩散燃烧研究

针对同向和反向合成气旋流扩散火焰燃烧开展研究,测量了燃烧中间产物OH自由基浓度、火焰温度及污染物的排放。实验结果表明,燃烧的稳定性受旋流产生的回流区和扩散混合两方面的因素控制,加强回流有利于燃烧稳定,加强混合也有利于燃烧稳定。燃料和空气同向旋流和反向旋流相比,总回流量较大,能够向回流区卷吸更多的活性自由基OH和热量,从而有利于燃烧稳定。当燃料和空气的旋流数比较小时,混合对燃烧的稳定性也会产生重要影响,空气和燃料的反向旋流由于混合较为强烈从而稳定性比空气和燃料同向旋流时要好。尽管NOx排放受混合的影响,但针对文中的实验,主要是热力型机理对NOx的排放起作用。在CO排放中,较低功率下由于温度较低导致CO排放指数较高,实验中当功率大于34 kW时,温度较高,CO排放接近于零。     

200MW旋流燃烧方式煤粉炉炉内燃烧试验和数值研究

采用计算流体动力学软件对电站锅炉炉内实际燃烧过程进行数值计算并结合其热态试验数据进行对比分析，已成为验证数学模型和指导工程实践的一种重要研究手段。该文利用PHOENICS软件，采用IPSA两相流模型及煤粉燃烧综合模型，对一台有16只径向浓淡旋流燃烧器两侧墙对冲布置的200MW燃煤锅炉炉内燃烧过程进行了数值计算，得出了炉内燃烧器区域以及炉膛出口的烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布。模拟结果与锅炉热态试验数据进行了比较，两者吻合情况较好。结果表明：在燃烧器出口处形成了高煤粉浓度和高温区，使得煤粉着火及时，燃烧器区域维持较高温度，炉内煤粉燃烧充分，从而表明了径向浓淡旋流燃烧器具有高效稳燃的性能。     

脉动燃烧特性随去耦室压力的变化(英文)

给出了自激脉动燃烧系统产生的燃烧振荡的实验结果。稳定的燃料和空气供给仍能产生燃烧振荡,并且可以通过调节去耦室压力来控制燃烧振荡,而不需要机械阀或空气阀。风机用于控制去耦室内相对压力,调节范围从-10～10kPa。测量了燃烧器沿轴向的温度和压力以及尾管出口处的烟气成分。实验观察及测量表明:在功率和当量比不变时,燃烧室及尾管温度、燃烧室平均压力、燃烧器的热效率随去耦室压力升高而升高;当去耦室压力高于或低于大气压力时,尾管中的传热系数可以提高10%～28%。     

1GW单炉膛单切圆塔式锅炉炉内流场特性研究

采用计算流体力学软件FLUENT,选用Reynolds应力湍流模型和欧拉多相流模型,对国产首台1GW单切圆单炉膛塔式锅炉炉内的煤粉空气两相流动过程进行了数值模拟,得出了炉内各截面的速度场、假想切圆直径、浓度场、压力场及湍流动能k、湍流耗散率ε和湍流集中度Ι的分布.结果表明,颗粒呈螺旋上升趋势和螺旋沉降趋势,形成“W/M...