天然气部分预混燃烧的火焰离焰特性实验

天然气组分变化时,末端用户（如民用大气式燃烧器）易出现火焰离焰等燃烧不稳定情况,研究部分预混燃烧器的火焰离焰燃烧特性,对于确保天然气的互换性非常重要。为此,以市场上常见的燃气灶设计参数统计结果为依据,实验设计了一台基准燃烧器,以测试不同天然气组分下的火焰离焰燃烧特性,着重讨论火焰离焰与燃烧器头部温度的关系以及天然气组分对火焰离焰特性的影响。预混燃烧火焰发生离焰时,头部温度与火焰离焰程度互为因果关系;火焰离焰极限值曲线仅由燃烧器结构和气源特性决定,当气源特性一定时,在燃烧器上的火焰离焰极限值曲线即已确定,不存在同一燃烧器上同一气源的不同温度火焰离焰极限值曲线;测试预混燃烧器火焰离焰极限值曲线时,必须保证头部温度恒定,但不需要保证每次测试都在同一温度情况下进行。结论认为：贫组分天然气较之富组分天然气气源更易出现火焰离焰,且出现火焰离焰时头部温度更低;贫气置换富气时,会导致严重的火焰离焰互换问题。     

浸没燃烧天然气加热装置燃烧室设计优化

浸没燃烧天然气加热装置是一种新型天然气加热装置,通过理论分析计算与数值模拟实验研究的方法,并结合实际装置运行情况,对装置燃烧室进行优化设计,给出该类型燃烧室设计结构及运行工况的优化参数。结果表明:①综合考虑过剩空气系数对NO_x、CO排放以及烟气出口温度的影响,过剩空气系数建议取1.4;②在浸没式燃烧-圆筒形金属纤维燃烧器的燃烧室设计中,建议烟气流动空间设计流速取值不高于5 m/s。      

低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明:加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。     

燃烧器内部气体流动特性的计算及对燃烧器性能的影响

该文运用数学方法计算分析了二次配风燃烧器主要的结构特征尺寸(包括火盆、火道直径、风门面积以及喷嘴扩散角等)对其内部气体流动特性的影响。计算结果显示1)一次风率随火盆直径增大而单调增加,但受火道直径的影响非常小;2)二次风率随火盆直径的变化呈单峰曲线关系,且随火道直径直大而增加;3)风门的调节方式对燃烧器的运行性能有很大影响,采用分调形式更有利。风门面积与火盆、火道进风口面积有一定的匹配关系,目前燃烧器设计原则中风门面积取进风口面积1.2～1.5倍的关系是合理的;4)喷嘴的引射作用对一次风较强,致使一、二次风量的比例远大于其进口面积比。具体表现为火盆越小,引射作用越强;燃气压力越高,引射作用越强;喷嘴扩散角越小,引射作用越强;5)喷嘴的引射作用不仅极大地改变了一、二次风的比例关系,而且因此改变了燃烧器的总供风量——总供风量与二次风量有完全一致的变化关系,表明了火道对燃烧器供风的重要性等等。     

页岩气燃烧器燃烧特性的数值模拟

研究页岩气的清洁燃烧特性并设计优化其燃烧器对页岩气的推广应用具有重要意义。根据页岩气的特点,设计了供小型工业炉使用的200 kW页岩气燃烧器,采用数值模拟的方法,研究了过量空气系数（1.05～1.35）、钝体等对页岩气燃烧的温度分布、燃烧产物、NO排放等特性的影响规律。结果表明：①随着过量空气系数增大,炉膛的峰值温度降低;②过量空气系数较大时,容易在燃烧器根部形成高温区域;③未加装钝体时,NO的生成量较大,NO的生成量随过量空气系数的增加而减小;④在燃气管出口处增加钝体后,可实现甲烷的完全转化;⑤与未加装钝体相比,炉膛温度峰值下降,钝体后形成回流区,回流的高温烟气能够有效预热喷出的燃气,减少了着火时间,温度分布较均匀,燃烧状况稳定,产生的NO浓度较低。综合考虑的结论认为,增加钝体优化后的燃烧器,当过量空气系数为1.25时的工况性能最优。     

页岩气平台井与集气站气产量计量误差原因浅析

页岩气平台井与集气站的气产量计量存在较大误差,它对页岩气排采测试、及商业输气等都产生了诸多不利的影响。从页岩气产量计量基本原理和计算方法入手,分析了计量误差形成的原因主要有:系统硬件误差,使用条件变化引超的误差,天然气组份以及温度变化引超的误差,不合理取值和计算方法,以及对设备的操作、复杂工况等均会引起误差。结合现场实际,提出合理选择仪表、采用高效卧式分离器,以及对孔板流量计定期维护,合理修正参数提高计量准确性等主要控制措施,减小计量误差,为页岩气精确计量提供了可靠的理论依据。     

空气过剩系数对瓦斯燃烧器燃烧和NOx排放性能影响的三维模拟计算

以某公司一种瓦斯燃烧器为几何模型,对燃烧器和稳焰锥附近的复杂结构未作简化,以实际瓦斯气为燃料,用标准的k-ε湍流模型、双δPDF气相燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对燃烧器的流动及燃烧性能进行全尺寸数值模拟,得到燃烧器内温度分布、火焰长度和NOx浓度分布,计算结果表明空气过剩系数对火焰温度、火焰长度和NOx的生成量具有显著的影响,NO的生成量主要与温度分布和氧气浓度的分布有关.     

CO2置换甲烷水合物热力学影响因素实验研究

CO2置换法作为一种集温室气体储存和天然气水合物开发于一体的方法引起了国内外学者的注意。通过检测置换过程中气相组分的变化情况,研究了压力和温度对CO2置换甲烷水合物置换率的影响。实验体系为纯水,置换反应时间为50h。实验结果表明,在CO2注入压力为2.5MPa时,当温度分别为273.15K、274.15K、275.65K、276.15K时,置换反应结束时气相中CH4的摩尔分数从置换反应开始时的1.56%分别达到39.74%、41.89%、45.45%、48.04%。在置换温度为275.65K时,当CO2注入压力分别为2.2MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.1MPa时,置换率分别达到44.87%、45.45%、46.66%、47.21%。可见,置换温度与压力在一定范围内对置换率的影响是正向的,但影响程度不大。     

气井临界携液流量计算方法的改进

准确预测气井临界携液流量对于优化气井生产制度、延长气井生产寿命具有十分重要的意义。国内外学者通过对Turner公式中的临界携液系数进行修正,得到了不同的临界携液流量公式,但这些公式普遍忽略了表面张力和气体偏差系数随温度和压力的变化,以及不同临界携液系数对各气田的适用性。针对这2个问题,文中首先修正了临界携液流量公式中表面张力及气体偏差系数的取值方法,并对将其取作常数的误差进行了分析;然后提出了一种利用流温流压梯度测试资料计算各井段天然气参数,并在此基础上反推临界携液系数的方法,利用该方法即可得到适用于不同气田的临界携液系数及临界携液流量公式。实例计算验证表明,改进后的临界携液流量计算方法较常规方法具有更高的准确性。     

天然气喷射引流技术在靖边气田的应用试验

针对国内外喷射技术的研究现状,采用理论研究、数值模拟及工业试验的方法,获得装置各结构参数对其引射过程的影响,提出高效的喷射技术原理结构,建立了喷射装置的设计方法;设计加工了天然气喷射装置,并在靖边气田X站成功开展了现场试验,现场试验表明:在一次气进气压力为10-15MPa、二次气进气压力为2.5-5.5MPa的参数范围内,所引射的二次气流量达到了0.8-2.2×10~4m~3/d,其引射率为14%-55%,实现了低压气井(间歇气井)连续稳定生产。通过天然气喷射引流技术研究,初步证实该技术能够延迟增压开采时间,降低生产成本,为低压气井的高效开采提供了一种新途径,具有良好的应用前景。     

配风对管式加热炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟

The tubular furnace is one type of heating equipmentused widely in petroleum chemistry, oil refining andchemical engineering. Flame and flue gas with hightemperatures produced by combusted gas or liquid fuelin the chamber will heat the fluid flowing withi…     

测试燃烧器放喷流动及燃烧特性数值模拟

针对气井测试大流量放喷时燃烧产生的高热辐射和噪声对人员及设备造成的危害问题,采用RSM湍流模型、简化的甲烷-氧气2步反应组分输运模型、离散坐标法辐射传热模型、宽频噪声及F-W-H噪声模型对页岩气测试燃烧器大流量放喷燃烧过程进行了数值模拟,考察了大流量放喷时放喷流场及噪声传播规律。分析结果表明:测试燃烧器放喷为扩散燃烧方式,燃烧效率较低,燃烧不完全易冒黑烟,同时扩散燃烧形成上浮火焰形态,火焰根部距离套筒出口较近,形成的高温热辐射使燃烧器本体受热变形而失效;燃烧器内放喷头径向喷孔流速过高导致高射流噪声,进而产生高燃烧噪声,严重威胁人员和设备安全;采用提高燃气和空气混合效果的预混燃烧方式,并合理设计喷孔流速可以抑制现有燃烧器缺陷。所得结果可为大流量测试放喷燃烧器结构改进提供理论指导。     

不同背压下多孔介质燃烧器的燃烧特性研究

多孔介质燃烧技术是实现低热值气体稳定燃烧、清洁利用的有效解决方案。为了观测不同背压下多孔介质燃烧器的燃烧特性、考察火焰的稳定性,掌握其系统流动和阻力损失特性分布规律,进而实现系统装置结构的优化设计和高效运行,搭建了泡沫陶瓷多孔介质燃烧装置实验台,分别进行了无背压以及两种不同背压工况下燃烧器的冷态阻力和热态燃烧特性实验。结果表明:1多孔介质极强的热回流作用能对预混气体进行有效预热,易获得稳定火焰,燃烧当量比较之于传统燃烧器要小。且烟气中污染物含量远低于国家标准;2泡沫陶瓷的摩阻系数随空气流量增大而减小。且降幅逐渐趋缓;3空气低流速时,流动阻力项以黏性项为主,摩阻系数与流量呈反比关系;4随着空气流速增大,流动阻力项以惯性项为主,摩阻系数主要受泡沫陶瓷粗糙度及陶瓷缝隙的影响;5导入二次空气后多孔介质燃烧器能够达到的最小当量比远小于未加入二次空气时的最小当量比,与传统燃烧器相比极大地拓宽了当量比的范围。     

H2S废气反应炉燃烧数值模拟

针对某炼油化工厂H_2S反应炉设计的不同结构的燃烧器进行三维数值模拟,研究了不同燃烧器结构参数、燃料气成分与分配比例、反应炉花墙结构等因素对炉内流动与燃烧的影响,并确定了合理的燃烧器结构。结果表明:原始燃烧器结构下,单烧酸性气工况时,降低内圈酸性气比例有利于H_2S的完全燃烧,炉膛出口烟温有所提高;优化后的燃烧器结构较原始结构下,增强了内圈酸性气与空气的混合,更有利于H_2S气体的燃烧;反应炉内花墙结构能造成炉膛内烟气回流,提高了烟气的停留时间,有利于H_2S气体的燃烧完全;掺烧天然气工况较单烧酸性气工况,炉内燃烧变差。     

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发热量和互换性是天然气最重要的两项燃烧性质,但我国目前有关天然气的气质标准中均尚未对互换性作出规定。为此,讨论了确定天然气互换性的几种方法,其中包括沃贝指数法、德尔布法、美国天然气协会（Ａ·Ｇ·Ａ）法,以及国内外根据燃烧性质分类天然气的标准化情况,并就我国管输天然气沃贝指数的标准化问题提出了几点看法。     

Kinetic modeling and experimental study on the combustion,performance and emission characteristics of a PCCI engine fueled with ethanol-diesel blends

The combustion process in the Premixed Charge Compression Ignition (PCCI) engine is basically restricted by the in cylinder charged mixture components. Also, the homogeneity of the charged mixture is determining the quality and process of the chemical reaction during the first stage of combustion which establish the auto-ignition process. In the present work, the engine experimental setup is equipped with a new suggested modification on the original fuel system device in order to produce a perfect commixture of diesel/ethanol at different blends ratio with the charged air. The obtained laboratory results are used to validate the simulation's data of the PCCI engine ignition. The prediction is performed using a detailed kinetic reaction mechanism. The simulation study has been achieved to predict the auto-ignition timing and the combustion characteristics of the PCCI engine fueled with different blends of ethanol and diesel at different volume percentage. The obtained results show that the premixed ratio of the ethanol in the ethanol/diesel fuel blends can be used to control the auto-ignition timing and the combustion characteristics at different engine air/fuel ratios. Also, the main pathway of this work is to establish the influence of the engine operating parameters which including the premixed ratio, fuel–air equivalence ratio on the engine performance, combustion and emission characteristics of the PCCI engine. These effects are studied and traced through the simulation result data of the in-cylinder pressure, temperature, and gas phase heat release at different a premixed ratio of ethanol-diesel fuels blends of 0, 10, 20, 30,40 and 50% (by volume).