300 MW墙式切圆锅炉水冷壁超温的数值模拟与燃烧优化

某300 MW四墙切圆燃烧锅炉在实际运行过程中一直存在着燃烧器区域的火焰刷墙与高温腐蚀现象,导致燃烧器区域水冷壁易超温,严重影响机组的安全运行.通过现场试验与数值模拟,分析了产生以上问题的原因,并针对性地提出了相应的燃烧器改造与优化方案.结果表明:造成水冷壁超温与高温腐蚀的主要原因是燃烧时火焰产生的切圆过大、火焰气流距...     

超临界W火焰锅炉经济性优化的燃烧调整试验研究

针对贵州某发电公司2号锅炉飞灰含碳率及排烟温度较高的状况,进行了原因分析和燃烧调整。通过分析发现,前述问题的主要原因是煤粉过早着火,造成火焰下冲受阻导致其行程变短,火焰中心上移,煤粉在炉内的有效停留燃烧时间减少。针对上述原因,调节了乏气缩孔开度及煤粉细度,并结合了内外二次风开度、二、三次风配比及三次风入射倾角的优化。燃烧优化后:煤粉着火推迟,加强了火焰的下冲,增加了烟气行程,并降低了火焰燃烧中心,飞灰含碳率及排烟温度大幅下降,锅炉效率得到了提升。     

部分预混对向流火焰拉伸变形研究

本文为了研究部分预混当量比φ_p对对向流火焰结构的影响规律、探究对向流火焰中心拉伸形变的原因,分别构建了圆形对向流火焰和线形对向流火焰测试系统,并进行了与之对应的仿真工作。研究显示,部分预混对向流火焰由动力火焰和扩散火焰两部分组成,呈现典型的双火焰结构;随着φ_p的降低,动力火焰与扩散火焰之间的间距逐渐增加。在较低的φ_p下,圆形对向流火焰存在明显的拉伸变形现象,动力火焰中轴线附近区域向预混可燃气来流方向显著凸起。火焰中心区域的热量堆积导致径向温度分布不均、局部火焰传播速度与来流速度的不均衡,是造成动力火焰拉伸凸出的根本原因。相对而言,线形对向流火焰通过强化Y轴散热消除了动力火焰中心区域的热量堆积现象,故火焰拉伸变形现象并不明显。     

低热值气体发动机涡团与火焰面相互作用

基于大涡模拟方法对一台燃用低热值气体燃料的发动机缸内湍流涡团与火焰相互作用过程开展了模拟,分析了缸内急燃期火焰传播过程中火焰前锋面上湍流涡核的分布特征,研究湍流涡团与火焰面的相互作用机理,并研究了涡对结构对火焰面传播的影响.结果表明:急燃期燃烧过程中,缸内背景湍流和火焰面相互作用,促使高强度涡核分布在火焰前锋面上,而涡核增大火焰面褶皱程度,火焰面面积增加,有助于更多高强度火核的产生;未燃区涡对的两个涡团相互逆向旋转导致火焰面受到局部的卷吸或者拉伸等作用,是火焰面出现明显皱褶的主要原因.     

湿空气非预混火焰的稳定性

利用粒子图像测速技术对钝体后的湿空气回流非预混燃烧火焰流场进行了测量,研究湿空气燃烧火焰的结构特性,以及水蒸气的加入对火焰稳定性的影响,得到湿空气燃烧火焰的稳定性区域图.通过对比湿空气燃烧和普通燃烧火焰转变的临界值,发现湿空气燃烧回流火焰向过渡火焰转变时,燃空速度比的临界值比普通燃烧的低16%~22%,而发生局部熄火时的临界值与普通燃烧时的相比至少低25%.分析表明,湿空气火焰不稳定性主要是由于环流湿空气动量的减少引起的,另外稀释作用和化学发应的影响导致氧原子含量降低也是不稳定的一个原因.     

直列预混微火焰吹熄特性的研究

实验测量了三个直列甲烷/空气预混微火焰的吹熄极限,同时利用R型微型热电偶对火焰的温度场进行测量,并建立模型模拟了冷态流场,考察了喷嘴间距、燃料当量比和预混气流速三个关键参数对火焰吹熄特性的影响。研究结果表明,三个直列预混微火焰吹熄特性与单个微火焰不同,随喷嘴间距减小,直列预混微火焰吹熄极限速度先增大后减小,存在一个喷嘴间距临界值使直列微火焰吹熄极限速度达到一个峰值,其原因是喷嘴间距改变导致火焰相互作用发生变化导致。     

燃气轮机燃烧室故障分析及试验研究

按等容积流率的燃烧室模化试验相似准则,对某型燃气轮机燃烧室火焰筒联焰管附近主燃孔出现裂纹的故障原因进行了试验研究,验证了火焰筒局部温度过高导致的热应力是故障发生的根本原因。在此基础上,对燃烧室火焰筒和喷嘴进行了结构改型设计,并进行了原型与改型喷嘴和改型火焰筒的燃烧室模化试验。试验结果表明,火焰筒和喷嘴的改型设计可减小火焰筒壁面温升系数及其温度梯度,改善燃烧室出口温度分布及其熄火特性,其中火焰筒最高壁温温升系数可减小5.3%,出口温度分布系数由0.178降至0.154,熄火油气比由0.003降至0.001,而燃烧室出口径向温度分布特性和设计启动状态下的点火特性基本不变。     

贫氧、预混火焰热声耦合振荡的声场分析

利用SQLABⅡ振动噪声分析仪对贫氧、预混层流火焰和湍流火焰的热声耦合振荡过程进行声场分析.随着化学当量比φ的增大,燃烧室和预混室内声压振动的特征频率逐渐降低,而对应的声功率峰值逐渐提高.在特征频率附近,燃烧室与预混室内的声压振动趋于同频、同相,两者具有明显的耦合关系;在高频情况下,两者不会发生耦合.在化学当量比φ相同而燃烧室入口雷诺数不同的工况下,燃烧室内的声压振动频谱基本相似,说明可燃预混气的组分浓度变化是火焰发生低频振荡的主要原因,当燃烧在偏离化学恰当比情况下进行时,局部空气系数波动所导致的火焰表面大尺度涡团交替脱落是诱发火焰热声耦合振荡的主要原因.     

PG9171E型燃气轮机异常熄火分析及技术改造

PG9171E型燃气轮机在停机过程中由于燃烧不稳定,经常会发生火焰信号丢失,从而导致机组异常熄火的现象.非正常熄火产生的热应力释放会对燃气轮机热通道造成严重的不良影响,极大的缩短部件的实际使用寿命.针对该现象产生原因进行综合分析,并制定了改进方案和措施,通过对原有燃气轮机火焰探测系统实施技术改造,能够有效避免同类事故的...     

有隔热涂层的气膜冷却火焰筒壁温计算

对薄壁火焰筒,给出了壁温计算模型和计算方法,应用该方法进行了某环管型燃烧室火焰筒壁温计算,查找了该燃烧室火焰筒一次主燃孔出现裂纹的原因,并研究了气膜冷却、隔热涂层及其厚度对壁温径向和轴向分布的影响.结果表明:火焰筒最高壁温946℃,符合火焰筒对最高壁温的设计要求;火焰筒一次主燃孔附近壁温分布梯度较大,是热应力易集中的地方,为查找火焰筒故障原因提供了依据;气膜冷却和隔热涂层能显著降低火焰筒壁温,有效改善壁温径向和轴向分布;隔热涂层厚度对火焰筒壁温影响很小.     

撞击式火焰噪声信号的分形特性分析

火焰噪声信号的Hurst分析可以作为火焰气化燃烧稳定性的一个判据.通过对气化火焰噪声信号的分析,研究了气化燃烧火焰的稳定性.采用域重新标度分析法研究了撞击火焰噪声波动信号,得到了相应的Hurst指数,结果表明:撞击火焰噪声波动具有分形特征;噪声波动信号中存在周期成分;气化燃烧工况的不稳定性会导致火焰噪声的明显提高;随着氧燃比的增加,Hurst指数减小.     

体积力场对预混火焰面形状的影响

介绍了一种在燃烧场中产生大于1g体积力的实验系统,分析了影响体积力场的因素．利用实时摄像的方法,研究了在燃烧过程中体积力对预混火焰面形状的影响．结果表明,高温烟气在体积力场中的浮力效应,使火焰面向与体积力相反的方向弯曲、偏转．体积力增加将导致火焰面变形程度增加,并导致燃烧过程不稳定,以致发生熄火．气流的射流角不同,体积力对火焰面的影响效果不同,火焰面会发生弯曲、拉伸或压缩．当射流角为负值时,火焰容易发生吹熄．     

强湍流下甲烷稀燃预混火焰的稳定性研究

针对稀燃预混火焰的吹熄问题,运用高速PLIF技术实现了天然气稀燃火焰从薄火焰面区到破碎区的火焰内部结构可视化,提供了在高湍流强度下稀燃预混火焰的重要数据.结合LDV测量得到的流场信息和提取出反应区面积等参数,发现了湍流对火焰反应层的两方面影响.一方面是通过增加反应区面积增强了燃烧强度,另一方面高强度的剪切拉伸导致反应层...     

乙醇预混火焰胞状不稳定性的数值模拟和理论研究

在一个恒定体积的密闭容器中开展了一系列圆柱形膨胀乙醇预混火焰胞状不稳定性的数值模拟研究,并通过临界贝克莱数、扰动对数增长率和临界火焰半径等理论分析研究了乙醇预混火焰胞状不稳定性。结果表明,在初始压力1MPa、初始温度358K、当量比0.8～1.6条件下,乙醇预混火焰胞状不稳定性非单调性增加,在当量比为1.2时不稳定性最为强烈。原因是热扩散(thermal diffusion,TD)不稳定性分子扩散影响明显,随着当量比的变化而急剧变化,当量比增加,扰动对数增长率先增大后减小;相反,流体动力学不稳定性对当量比并不敏感。此外,在当量比低于1.2时,几乎保持恒定的临界贝克莱数和急剧减小的火焰厚度导致临界火焰半径大幅下降,并在1.2处达到最小值。数值模拟和理论研究显示出一致的结果。     

W型火焰锅炉水冷壁结焦问题的分析

W型火焰锅炉普遍存在水冷壁的结焦现象,本文介绍了W型火焰锅炉的结构特点以及W型火焰锅炉结焦的因素,并从煤质特性、炉膛内温度、气氛条件、炉内空气动力场等因素对W型火焰锅炉结焦的原因进行了详细分析,同时提出了防止结焦的措施。     

高压下氢气-乙醇球形膨胀火焰的层流燃烧速度和火焰不稳定性研究

在初始温度为400 K、不同的初始压力（0.1 MPa、0.4 MPa）、氢气比例（70%、80%）和当量比（0.7～1.4）条件下进行氢气-乙醇预混燃烧实验,使用高速纹影技术记录火焰传播图像。对氢气-乙醇球形膨胀火焰中的层流燃烧速度（LBV）进行实验研究,发现LBV随着氢气比例的增加而增加,压力升高却有着负影响。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行了研究。当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹并且导致新细胞再生时,火焰变得不稳定。通过热膨胀比、火焰厚度和刘易斯数等参数考察了流体动力学效应和热扩散效应对火焰固有不稳定性的影响。结果表明,流体动力不稳定性随着压力的增加而增加,热扩散不稳定性对压力变化的敏感性较低。此外,增加氢气比例或初始压力会导致火焰更早遭受不稳定。     

磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NO_x生成特性的影响

以液化气层流预混火焰为实验研究对象。搭建了燃烧试验台,并在火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,并测量了电磁场中层流预混火焰燃烧温度和NOx浓度,分析了在不同磁场强度下层流预混火焰燃烧特性及NOx生成特性。结果显示,在电磁场的作用下,火焰温度升高、直径略微增加、高度有所降低,同时电磁场降低火焰中N、HCN、CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NOx浓度下降,最大下降为2.998 mg/m3。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

600MW亚临界锅炉低氮改造后汽温特性研究

以某台600MW亚临界锅炉为例,分析了低氮改造对其汽温静态特性和动态特性的影响.结果表明:低氮改造后炉内温度场、受热面结渣情况和锅炉运行模式均发生较大变化,对锅炉汽温特性产生较大影响;高负荷时锅炉汽温主要受分级燃烧导致的炉膛出口烟气温度上升和受热面结渣改善导致的炉膛出口烟气温度下降的综合影响;低负荷时锅炉汽温主要受分级燃烧导致的炉膛火焰中心高度降低和炉膛出口氧量的影响;快速降负荷过程中,炉膛火焰中心高度降低与汽轮机高压缸排汽温度下降对再热汽温的叠加影响是导致再热汽温易超跌的主要原因.     

直流及低频交流电场条件下扩散火焰电学特性分析及实验验证

在详细考虑火焰场微观粒子动力学特性的基础上,基于运流电子运动方程,建立了火焰电导率数学模型.搭建了直流及低频交流电场条件下CH4扩散燃烧实验系统,通过测量直流及低频交流电场作用下扩散火焰伏安特性曲线及电阻率特性曲线,验证了直流及低频交流电场条件下火焰导电特性.同时探讨了电场作用下,CH4扩散火焰的形态和火焰伏安特性之间的内在联系,并从微观动力学角度阐述引起它们变化的原因.