位移钝体稳燃的旋流预混燃烧污染物生成特性

石化炉、加热炉等设备中燃烧过程的污染物控制具有重要意义。旋流预混燃烧过程具有低NO _x 排放的潜力,引发了学术界和工业界的广泛关注。结合钝体燃烧和旋流燃烧各自的优势,本文设计了带有位移钝体的旋流预混燃烧器。首先研究了不同钝体结构下的污染物的生成情况,确定了最优的钝体结构,在此基础上进一步研究了在不同旋流数下污染物生成、火焰形态和温度场分布情况。研究发现,钝体角度为30°、体积较小的倒锥形钝体具有较低的NO _x 和CO生成量。NO _x 生成量随着旋流数从0增加到0.83呈先减小后增加的趋势,并且当旋流数为0.25时,NO _x 生成量最低。在同一热功率下,火焰高度随着旋流数的增加而减小。在同一旋流数下,火焰宽度随热功率增大呈增大趋势。NO _x 生成量变化规律与其火焰温度分布规律一致,即NO _x 生成量最低的工况下火焰温度也比较低。由此推测旋流引发的温度变化是NO _x 生成量变化的主要影响因素之一。本文的研究结论对旋流预混燃烧器的设计提供了理论基础。     

新型高炉煤气切圆燃烧的CFD数值研究

针对高炉煤气的特性,用4个双旋流燃烧器分布于炉膛侧壁形成内切圆的方式组织燃烧,用计算流体动力学方法对高炉煤气在燃烧炉内燃烧状况进行了数值模拟。计算采用Realizable k-ε湍流模型和混合分数-概率密度函数(Mixture-Fraction/PDF)法,分析3种不同直径的模型对炉膛内速度场和温度场分布的影响,结果表明在3 MW热负荷下,直径为1.5m的炉膛内速度场和温度场的充满度较好。     

赛科裂解炉辐射段燃烧的数值模拟及优化

利用计算流体软件,采用合适的数学模型,对赛科（SECCO）裂解炉的两种设计方案进行数值模拟,得到裂解炉炉膛内流体流场、燃料燃烧和烟气温度场等详细信息,揭示了炉膛内烟气流动、燃烧和传热过程的相互影响及特点。模拟结果表明,底部燃烧器的原始设计方案中,热量分布不均,局部高温区,炉膛内温度梯度大;底部燃烧器加侧壁燃烧器的优化方案中,能提供较均匀的热量分布,炉膛内温度梯度小,有利于反应管均匀受热。     

燃气锅炉中NO2的生成规律研究

天然气燃烧过程主要污染物是NO和NO_2。针对部分燃气锅炉NO_2排放较高的情况,开展了中试实验和数值模拟,研究天然气燃烧过程NO_2生成规律。结果表明当锅炉采用"燃烧器分级燃烧+烟气再循环"的低氮燃烧策略时,如果燃烧器的伴流风与燃料的混合被推迟,则NO_2的生成量较大,最高超过总NO_x生成量的50%,空气和燃料充分混合的条件下NO_2生成量较少。NO_2在热燃烧产物与冷空气碰撞的交界面上大量生成,NO_2生成的温度窗口是800～900 K。NO_2主要通过NO与HO_2的反应生成,NO_2分解后又生成NO,NO_2的生成不会显著影响燃烧过程总NO_x的排放。     

燃烧器不同因素对燃料转化率影响的数值计算

随着天然气、煤层气的不断开采和广泛应用,对甲烷-空气非预混燃烧特性的研究显得尤为重要.基于涡耗散理论,采用有限容积法建立组分燃烧与输运控制方程,针对长2 m,直径为0.9 m的圆筒形燃烧器内甲烷-空气非预混燃烧过程进行数值计算.分析了组分不同入口流速、温度对燃烧过程燃料转化率的影响.结果表明:随着空气入口流速的不断增加...     

锥形反应器内甲烷空气预混燃烧数值研究

基于CFD组分输运有限速率化学反应模型,对锥形反应器内甲烷-空气预混燃烧化学反应过程进行数值计算。得到了预混燃烧过程反应器内混合组分的速度场、流函数、温度场、湍动能及甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧气、一氧化氮、水蒸气的相态分布云图。预测了化学反应机理,并给出了反应方程式。计算结果可为进一步深入探究复杂燃烧反应机理提供一定的理论指导。     

大型乙烯裂解炉用低NOx燃烧器的结构优选

随着大能力大型化裂解炉的不断发展,国内首台单炉膛20万吨/年产能乙烯裂解炉对燃烧器提出了更高的设计要求,在稳定燃烧的同时还要满足特定的工艺要求和严苛的环保要求。采用CFD技术和热态试验方法优选新型乙烯裂解炉用低NO_x燃烧器,通过数值分析方法研究不同底部与侧壁供热比(底侧比)下裂解炉内的燃烧状态(火焰形状、火焰长度、炉内温度分布及NO_x排放量等),结果表明：在底侧比为70:30时燃烧状态最优,炉膛内温度分布均匀且满足工艺要求和环保要求。在热态试验炉上对最终设计工况(底侧比72:28)进行热态试验,结果显示:炉内燃烧状态良好,温度分布均匀且满足热通量曲线,NO_x排放量也较低。     

CFD数值模拟技术在裂解炉低氮燃烧器改造中应用及效果分析

利用CFD模拟技术对需改造的裂解炉炉膛应用新型低氮燃烧器后的燃烧状况进行仿真模拟计算,计算和分析了裂解炉的温度场、速度场、浓度场(O_2、NO、CO)和热通量曲线。应用新型低氮燃烧器的模拟计算NO排放值77.7 mg/Nm~3,与改造后的实测数据77 mg/Nm~3对比,二者基本一致,实现了正常运行工况下NO_x的排放值≤80mg/Nm~3。这说明CFD模拟技术对裂解炉低氮燃烧器改造有着重要的指导意义。     

顶烧炉内燃烬风对NO减排影响的数值分析

为了研究燃烬风对顶烧炉内煤粉燃烧中NOx生成的影响,采用计算流体力学软件Fluent6.3.26对顶烧炉中煤粉燃烧进行数值分析,分别计算了3种燃烬风位置时炉内温度场、速度场和组分场的分布。结果表明:顶烧炉中一二风下方的钝体和燃烬风的互相配合在炉膛内有效形成了贫氧区,会抑制燃料型NO的生成。随燃烬风位置下移,炉内温度较低,会形成较大的煤粉回流区,炉膛出口的NO排放量也相应较低。将炉膛出口的NO含量计算结果与文献中实验数据比较,误差小于18.4%。     

330MW机组超低排放改造后锅炉爆管原因分析及对策

随着国家对环保要求的日益提高,氮氧化物(NO_x)成为火电厂继除尘、脱硫后气态污染物排放控制的重点。现役机组进行超低排放改造工作时,相应的锅炉燃烧系统也需改动。燃烧系统的改动对炉内温度场的变化有直接影响,炉管氧化皮生成及脱落问题一直是超(超超)临界机组主要治理问题,而亚临界机组氧化皮问题未得到有效关注。锅炉低氮燃烧器改造主要沿用四区理论即热解区、主燃烧区、还原区、燃尽区,以初期降低过量空气系数的方式延迟燃烧,这对炉内温度场产生一定影响,而此时燃烧器的改动将加剧炉内温度场变化,刺激炉内抗氧化裕度较低管材的敏感性。针对某电厂330 MW亚临界机组超低排放改造后连续发生多次爆管事件,通过对爆管原因、管材老化情况及炉内温度场前后变化等进行对比,确认炉内温度场变化引起的末级过热器T23管材氧化皮生成剥落引发爆管的主要原因为抗氧化裕度较低。针对亚临界锅炉在燃烧器改造后可能引发的次生问题进行研究,提出要加强超低排放改造期间对燃烧器改动后炉内温度场发生变化的重视;亚临界机组中SA213-T23材质在炉内温度场升高20℃左右后,易发生氧化皮生产加速、金属组织老化加速等问题。亚临界机组应加强对氧化皮的检测,掌握管材老化程度,选材方面应适当扩宽管材抗氧化裕度。     

钝体燃烧器在烟气再循环条件下的燃烧模拟

研究了钝体燃烧器内煤粉在高温烟气助燃下的着火特性。首先对燃烧器及一维炉进行建模并划分网格,然后对该燃烧系统进行燃烧数值模拟。通过改变烟气温度及烟气速度来观察着火距离的变化,测量计算不同工况下的着火距离,并对计算结果进行数据处理,分析着火距离的变化趋势,从而得出最佳燃烧工况。研究发现,当烟气温度为1000K、烟气流速为14m/s时,着火距离最短,为139.2mm,且温度场等均具有良好的对称性。研究结论表明在烟气质量流量一定时,升高烟气温度也能够缩短着火距离,并能够提高炉膛整体温度水平以及改善炉内各成分的分布,对于煤粉的燃烧及稳燃有着促进作用。     

煤粉低尘燃烧器内燃烧特性的数值模拟

介绍了一种用于中小型工业窑炉的新型煤粉低尘燃烧技术,利用计算机数值模拟考察了煤粉低尘旋流燃烧器的特性. 在合理选择气相流动、固相流动、煤燃烧及NO的生成等模型的同时,针对旋流燃烧场中固体颗粒在壁面附近的碰撞及熔融特性,探讨了煤粉在壁面处的运动模型,并以此为基础考察了燃烧场的两相流动特性,模拟了燃烧器内煤粉的燃烧过程及各物理量的分布. 在与实验比较的基础上,对燃烧器的结构进行了改进. 结果表明,在低化学计量比下,改进后的燃烧器性能更好,颗粒在燃烧器内充分燃尽,在保证液排渣效果的同时,NO的排放远低于常规液排渣旋风器的NO排放量.     

掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

为了降低CO2排放,缓解天然气供应压力,促进氢能规模消纳,掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前,掺氢天然气的研究主要集中在工业上,本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性,利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件,建立燃烧器二维轴对称模型,对比数值模拟结果与实验结果,验证了数值模型的合理性;分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明,随着预混量(一次空气系数)增大,峰值温度大幅度升高,NO峰值质量分数先增大后降低,CO峰值质量分数逐渐增大;随着二次风流速(过量空气系数)增大,温度与污染物含量变化很小,与预混量的影响相比,二次风流速的影响几乎可以忽略不计。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

煤粉粒径对骨料烘干煤粉燃烧器排放特性的影响

构建骨料烘干煤粉燃烧器内煤粉燃烧行为的控制模型,以污染物含量为评价标准,研究了骨料烘干煤粉燃烧过程中煤粉粒径对排放特性的影响规律. 结果表明,随煤粉粒径增大,煤粉在燃烧器内燃烧不充分,CO排放量增加,CO2排放量逐渐减少,SO2排放量增加,NO排放量在煤粉粒径为100 um时最小.     

金属纤维燃烧器在小型燃气锅炉的研究

金属纤维燃烧器由预混均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部,在金属纤维表面层进行燃烧,火焰承蓝色浮在表面上,热量以对流方式释放。由于金属纤维织物的均匀透气性、燃气与空气的均匀预混,燃烧十分稳定、温度分布均匀,因此抑制了NO_x的生产。预混又有足够的空气供给,故CO的排放也低,远小于我国标准排放值。     

水泥回转窑中煤粉燃烧的热态数值模拟

NC型四风道煤粉燃烧器建立了燃烧器一回转窑物理模型,利用流体分析软件FLUENT对窑内燃烧情况进行了数值模拟,分析了窑内煤粉燃烧温度场及组分浓度场的分布规律,并与实际情况进行对比,计算结果符合实际燃烧规律,说明该数值分析结果可以为同类燃烧器的合理设计与优化运行提供参考。     

微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值研究

微尺度燃烧存在热量损失大、易熄火、燃烧不完全、转化效率不高等问题,因此对微型燃烧器内甲烷的燃烧采取预混催化燃烧方式来提高燃烧的稳定性和转化效率,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术奠定基础。采用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧器微流道内的催化燃烧、流动和传热进行了三维数值模拟。结果表明,甲烷质量流量和过量空气系数对催化转化效率有一定影响,壁面温度是影响催化转化效率的主要因素。甲烷质量流量、壁面温度与最佳过量空气系数之间具有一定的变化关系。可根据催化温度选择富燃料或富氧燃烧方式来提高微尺度催化转化效率。恒壁温边界条件下,催化燃烧主要发生在燃烧腔的下壁面。     

工业锅炉低氮燃烧改造试点研究

对两台工业燃气锅炉低氮燃烧改造情况进行了全面跟踪分析。额定蒸发量为4 t/h的燃气锅炉采取预混燃烧技术进行了低氮燃烧改造,将原扩散式燃烧机及阀组更换为全预混表面燃烧器及配套阀组;额定蒸发量为10 t/h的燃气锅炉采取预混+扩散式烟气循环技术进行了低氮燃烧改造,锅炉燃烧器喉口进行扩径10 mm,更换燃烧器控制系统,同时在锅炉尾部烟气出口处加装再循环烟管。两台工业锅炉完成低氮燃烧改造后,在负荷稳定的情况下氮氧化物排放质量浓度均能稳定达到低于30 mg/m~3的要求。研究成果可为成都市大气污染防治提供技术依据。