浓淡偏差射流稳定煤粉火焰的燃烧试验研究

利用一种新型煤粉浓淡偏差射流燃烧器,在单火嘴燃烧试验台上对浓淡偏差射流燃烧性能进行的热态模拟试验及其结果。试验结果分析表明：采用局部浓缩的方法提高煤粉浓度,以改变一次风射流中的煤粉浓度分布实现浓淡偏差燃烧,可以有效地强化和稳定燃烧,并具有良好的低负荷稳燃性能。     

防水冷壁高温腐蚀的煤粉燃烧技术及工业性试验研究

通过对大型电站四角切圆煤粉燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀原因的分析,从燃烧的角度提出了水平浓淡分离、单喷嘴分级燃烧,以及通过一次风射流生而改善炉内燃烧两相流场,从而解决高温腐蚀的煤粉燃烧技术。结合在大型煤粉炉上的工业性试验研究,证明了水平浓淡工粉燃烧器具有较强的防水冷壁高温腐蚀及高效、低负荷稳燃、防结渣和低ＮＯｘ排放的性能。     

浓淡型双调风旋流燃烧器的性能及应用

本文对浓淡型双调风旋流燃烧器的空气动力场和气固两相流特性进行了详细的理论分析。并在分析中分别改变二、三次风的旋流强度，以考察各射流的调节特性。从中发现：三次风旋流强度的变化是影响回流区变化的主要因素；因为采用分级送风，射流前期的混合主要是在二、三次风之间。燃烧器一次风管内装有煤粉收集器，煤粉在一次风管内被惯性分离，形成了沿圆周方向煤粉气流浓淡分股；由于一次风出口加装了稳燃环，煤粉有向中心汇集的趋势；稳燃环可实现高煤粉浓度、高温、高湍动度的着火与稳燃以及挥发份剧烈的高温裂解。同时对双调风旋流燃烧器的设计特点和降低NOx生成的机理做了一定的理论分析。     

不同一次风浓淡比下半焦与烟煤混燃热态实验研究

在350 kW热态中试炉上开展一次风浓淡比(煤粉质量流量比)对一次风着火特性影响的热态实验研究。通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向位置、径向位置处的炉膛温度、O_2体积分数、CO体积分数以及NO_x质量浓度等参数,研究浓淡比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时(掺混比为50%)着火特性和NO_x质量浓度的影响。结果表明:除了浓淡比为1.0,混合燃料浓侧射流着火燃烧均优于淡侧,焦炭稳定燃烧位置向炉膛上游移动,O_2消耗及燃烧产物生成也主要集中在浓侧;随着浓淡比的增加,着火距离减小,高温区燃烧稳定性增强,NO_x质量浓度大幅降低,但浓淡比为3.8和5.0时,主燃区出口中心NO_x质量浓度差值仅为20.27 mg/m~3,差距较小,推荐半焦混合燃烧的合适浓淡比为3.8～5.0。     

四墙切圆浓淡燃烧器射流特性的实验研究

为了解四墙切圆燃烧中一次风的射流特性,本文采用实验室冷态模化实验,用PDA测量了分别采用水平浓淡燃烧和垂直浓淡燃烧方式的一次风射流流动特性。实验结果表明,由于燃烧器高宽比的差异,水平浓淡燃烧的气流刚性较强,也说明当燃烧器喷口数量比较多时,在采用这种四墙切圆燃烧时,喷口应该采用分组布置,这样可以降低每组燃烧器的高宽比,提高气流的刚性,从而有效减轻气流贴壁的状况。此外,研究表明采用水平浓淡燃烧的贴壁风速较高,是应该予以关注的。     

调峰型低NO_x浓淡燃烧技术的研究与应用

根据作者提出的“充分发挥向火侧一次风着火优势,形成稳定着火源”的燃烧稳定性原理,研制了一种适用于四角燃烧煤粉锅炉的新型燃烧器──调峰型低NOx可调水平浓淡燃烧器。该燃烧器的煤粉浓缩机构及煤粉浓度调节机构简单、可靠。向火侧与背火侧浓度比在1～4的大范围内可调节,保证了锅炉在变负荷工况下实现最佳浓淡比燃烧。工业应用证明：该燃烧器在燃用陕西贫煤时,机组负荷≥50％时不需投油助燃而能稳定燃烧。     

煤粉射流火焰的典型形态及其转捩规律

利用Hencken型燃烧器研究了一次风速度、给粉浓度和二次风氧浓度等参数变化对煤粉射流火焰形态的影响规律,得到了煤粉射流火焰形态转捩图谱.实验表明,煤粉射流火焰形态主要分为煤粉群燃火焰(亮黄色,均相燃烧主导)和单颗粒稀释火焰(暗红色,异相稀释的煤颗粒燃烧主导).挥发分含量和煤粉浓度的增大均可促使稀释火焰向群燃火焰的转捩;在二次风氧浓度较高(15.3%,)时,提高一次风速度对火焰形态的影响有限,但同时降低氧浓度到10%,,则可实现群燃火焰向稀释火焰的转捩.     

新型旋流煤粉燃烧器出口区域气固两相流场的PDPA实验研究

针对电站锅炉燃用煤种多变和负荷多变的问题,提出了一种新型的旋流燃烧技术,即利用在一次风管中加装浓缩煤粉构件实行煤粉浓淡分离的旋流浓淡煤粉燃烧器。使用三维相位多普勒颗粒分析仪对旋流浓淡煤粉燃烧器和双调风旋流煤粉燃烧器出口区域气固两相流场进行了实验研究,得出了两种不同燃烧器几何结构下的气固两相流场和颗粒浓度场,并进行了理论分析。     

自由湍流射流理论研究方法

气固两相双平行矩形自由射流混合特性的调查是水平浓淡煤粉燃烧技术研发过程中一项基础性工作,考察自由湍流射流的实验和理论研究进展有助于确定射流混合特性研究方法。自由湍流射流理论研究综述表明：单相自由湍流射流的理论研究可采用时间平均法和直接法。时间平均法能不同程度地满足工程需要;直接法中的有限差分法和离散涡方法可以预测大尺度涡的控制作用,包括谱方法的直接法尚难以模拟耗能涡影响。气固两相湍流射流的理论研究可采用Euler方法和Lagrangian方法。关于Euler方法中双流体模型的数学描述方法,尚存在分歧;在数值模拟伪扩散、考察颗粒变化历程等方面,Euler方法和Lagrangia方法互为优缺点;方法更适于预测拟序结构对大颗粒的快速弥散机制,发展于中国的Euler—Lagrangian方法值得关注。     

一次风速度对煤颗粒群着火特性影响的实验研究

利用Hencken型平面携带流反应器,研究了一次风速度对两种高挥发分褐煤和一种贫煤射流着火特性的影响.实验结果表明,低雷诺数(Re=878)条件下,贫煤煤粉气流先后发生外层单颗粒着火燃烧和内层颗粒群着火燃烧,煤粉颗粒着火和燃烧轨迹十分规则.但在高雷诺数(Re=4,392)条件下,贫煤煤粉气流更难形成群燃火焰,呈现出暗红色火焰.随着一次风速度的增加,尽管煤粉颗粒的停留时间减小,但湍流强度的增加使颗粒加热速率以及挥发分析出的强化作用占主导,使得煤粉气流的着火距离减小.此外,群燃火焰在挥发分聚集到一定程度后产生,是颗粒群燃烧的特有现象,而煤种挥发分含量的增加和有效聚集有利于群燃火焰的出现.     

燃尽风对炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟

燃尽风作为降低锅炉NOx排放浓度的一个措施已在我国得到逐步推广应用。应用数值模拟方法，对1台600MW对冲燃烧煤粉锅炉，在满负荷下燃尽风对炉内流动、燃烧和传热过程的影响开展了研究工作。应用混合分数／概率密度函数法模拟湍流燃烧，用P-1辐射模型开展辐射传热模拟，利用拉格朗日／欧拉法处理气固两相间的动量、质量和能量交换，对挥发份的析出采用单步反应模型，采用动力／扩散反应速率模型模拟煤粉颗粒的表面燃烧。研究发现：一方面，燃尽风的应用改善了炉内气流的充满情况，延迟了煤粉燃烧过程氧气的供应，加强了炉内的还原性气氛，降低了炉内最高火焰温度，有利于降低NOx排放浓度；但另一方面。燃尽风的应用将导致煤粉燃烧效率下降。     

回转水泥窑燃烧段混煤燃烧数值研究

对有反应湍流气粒两相流动采用双流体模型,对煤粉燃烧过程采用通用模型,首次针对70％无烟煤＋30％烟煤的混煤燃料,将回转水泥窑筒体配有速差射流煤粉燃烧器的燃烧过程进行了数值研究。结果表明,回转水泥窑中采用该型燃烧器能化燃烧,同时使煤粉的扩散受到约束,从而保证了火焰不致烧到窑皮。     

运行参数对锅炉煤粉着火燃烧和飞灰含碳量影响的数值研究

为了达到锅炉的优化运行以保证煤粉气流及时着火和充分燃尽，采用IPSA两相流动模型和煤粉燃烧综合模型，在不同的一次风率和煤粉细度的工况下，对1台350MW锅炉煤粉燃烧过程进行了数值模拟，得出了炉内燃烧器区域以及出口处烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布。分析了一次风率和煤粉细度对煤粉着火燃烧和飞灰含碳量的影响规律，并确定了优化的运行参数。结果表明：一次风率对煤粉气流的着火影响较大，而对出口处烟气温度、氧量以及飞灰含碳量影响较小。煤粉细度对煤粉气流的着火、燃烧以及燃尽均有较大影响。图8表2参9     

四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的研究开发

本文首次提出并分析了四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的设计思想。根据炉内三维湍流流场的数值模拟，优化设计了本项技术应用于焦作电厂Ｎｏ．３炉的燃烧器改造方案。计算结果及现场应用证实，采用煤粉射流逆向稳燃技术能够大幅度延长一次风射流中煤粉颗粒在着火初期的停留时间，改善煤粉气流的着火条件，同时能够有效地削弱炉膛出口气流的残余旋转，从而减轻烟温偏差，并能改变煤粉颗粒的切圆运动轨迹，从而缓解了炉膛燃烧器区域水冷壁的结渣与高温腐蚀。     

旋流煤粉燃烧技术的发展

文中回顾了国内外旋流煤粉燃烧技术的发展,根据二次风的供入方式,一次风粉混合物煤粉浓度的不同将此类技术分为三类：普通型、分级燃烧型、浓缩型、浓缩型又分为高浓度型及浓淡型,总结了各种类型燃烧器在火焰稳定性、燃烧效率、ＮＯｘ排放、结渣、高温腐蚀、调节性能等方面的特点,指出浓淡型旋流煤粉燃烧器是我国旋流煤粉燃烧技术的发展方向。     

An experimental study on vortex–flame interaction of a spark-ignited flame with coherent structure in a plane premixed shear flow

In order to elucidate the enhancement mechanisms of turbulent flame propagation, it is indispensable to examine and clarify the process of vortex–flame interaction in detail. This is because it constitutes one of the key processes in the promotion of flame propagation velocity. In this investigation, a series of large-scale organized eddies formed in the plane propane–air premixed shear flow are selected as an objective eddy field. Two devised techniques are introduced and combined with each other; one is the acoustic excitation of the shear flow, the other is the simultaneous two-directional high-speed schlieren photography. The former makes the organized eddy formation extremely regular and enables synchronized ignition with a high-speed video camera. The latter provides the opportunity to analyze two different directional views of a single propagating flame. In this study a spark-ignited flame, which is initiated at the center of a premixed organized eddy and is propagating along the axis, is optically observed and analyzed by using the proposed technique. It is shown that the propagation velocity along the axis of the eddy is promoted by the vortex bursting and is about 80% greater than that in the radial direction. It is also shown that after completing combustion in the radial direction within an organized eddy, the flame travels to the boundary regions between two adjacent eddies on the upstream and downstream sides, mainly promoted by the rolling-up motion in the coherent structure. These results suggest that there exist two kinds of vortex–flame interactions of a spark-ignited flame with coherent structure in the plane shear flow.     

Modeling of NOx emissions from a W-shaped boiler furnace under different operating conditions

A numerical model for gas-particle flow dynamics has been combined with an NO_x chemistry post-processor to predict the formation of nitric oxide in a three-dimensional, W-shaped boiler furnace burning pulverized fuel. The model includes complex interactions in gas-particle turbulent flow, heat transfer, gaseous chemical reaction, coal combustion, and NO_x reaction chemistry. Because fuel nitrogen is released in proportion to burnout of pulverized coal particles, the particles are treated in a Lagrangian framework in order to track burning pulverized coal particles through the gas continuum. The results show capability of the model to describe NO_x emissions under different operating conditions for full and partial loads.     

Mechanism analysis on the pulverized coal combustion flame stability and NOx emission in a swirl burner with deep air staging

Low NOx burner and air staged combustion are widely applied to control NOx emission in coal-fired power plants. The gas-solid two-phase flow, pulverized coal combustion and NOx emission characteristics of a single low NOx swirl burner in an existing coal-fired boiler was numerically simulated to analyze the mechanisms of flame stability and in-flame NOx reduction. And the detailed NOx formation and reduction model under fuel rich conditions was employed to optimize NOx emissions for the low NOx burner with air staged combustion of different burner stoichiometric ratios. The results show that the specially-designed swirl burner structures including the pulverized coal concentrator, flame stabilizing ring and baffle plate create an ignition region of high gas temperature, proper oxygen concentration and high pulverized coal concentration near the annular recirculation zone at the burner outlet for flame stability. At the same time, the annular recirculation zone is generated between the primary and secondary air jets to promote the rapid ignition and combustion of pulverized coal particles to consume oxygen, and then a reducing region is formed as fuel-rich environment to contribute to in-flame NO_X reduction. Moreover, the NOx concentration at the outlet of the combustion chamber is greatly reduced when the deep air staged combustion with the burner stoichiometric ratio of 0.75 is adopted, and the CO concentration at the outlet of the combustion chamber can be maintained simultaneously at a low level through the over-fired air injection of high velocity to enhance the mixing of the fresh air with the flue gas, which can provide the optimal solution for lower NOx emission in the existing coal-fired boilers.     

中心大速差射流浓缩煤粉方法的研究

本文提出了一种新的煤粉浓缩方法－位于一次风出口处的中心大速差射流方法，并对中心大速差射流的冷态工况进行了实验研究和数值模拟，实验和计算表明，该方法有明显的浓缩煤粉的效果，因此它不仅可以改善煤粉锅炉的燃烧稳定性及降低ＮＯｘ，而且有可能解决当前煤粉浓缩燃烧技术难以解决的煤粉浓度难以控制，后期混合不好，煤粉管易堵塞和磨损以及引发炉内结焦等一系列问题。     

惯性浓淡旋流燃烧器的原理及其在50t_h锅炉上的应用

在径向浓淡旋流煤粉燃烧器的基础上,本文提出了一种新型燃烧器－惯性浓淡旋流煤粉燃烧器,即在燃烧器一次风通道中加入煤粉浓缩器,并将其置于燃烧器喷口较近的位置,一次风粉经过煤粉浓缩器后,形成了由燃烧器中心向外煤粉浓度由高向低的分布趋势,依靠煤粉颗粒的惯性,将这种分布趋势一直保持到燃烧器出口。针对一台燃用烟煤的５０ｔ／ｈ煤粉炉的特点,给出了该燃烧器的布置,介绍了改造前后的运行情况。