玻璃熔窑天然气掺氢燃烧探究

当前国内还没有玻璃企业直接将氢气用于玻璃熔窑燃烧,也没有在天然气中掺入一定量的氢气进行混合燃烧,以降低玻璃熔化过程中的碳排放量,来实现生产过程降低碳排放的目的。根据天然气掺氢燃烧特性,探究玻璃熔窑天然气燃烧系统中掺氢的三个不同燃烧方案,为玻璃企业提供参考和借鉴。     

高速煤粉燃烧器内燃烧特性数值模拟及结构优化

高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60~200 m/s,炉膛内火焰较长,对流换热比例提高,使得炉膛内温度分布均匀,没有传统低速煤粉燃烧器火焰短,炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明,当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时,燃烧器内回流区形状变化不大,从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束,回流区环绕一次风管;最大回流量在一次风喷口附近,距离一次风喷口越远,回流量越小;旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大,喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右,当距喷口超过一定距离(L/H<0.35)时,旋流强度对回流量的影响开始变得明显,表现为旋流强度越大,回流区末端回流量越大,回流区末端回流量最大为0.30 kg/s,最小为0.17 kg/s。研究燃烧器喷口处燃烧状态表明,喷口处火焰旋流强度为0.10~0.28,与入口旋流强度正相关,火焰喷射速度150 m/s,为中等旋流强度的高速旋流火焰;喷口中心区可燃性组分富集,缺氧,燃料和氧气分层分布。当旋流强度提高,喷口中心区可燃性组分浓度降低,CO浓度从11%降低到10%,H2浓度从1.65%降低到1.40%,焦炭浓度从0. 14%降低到0. 11%,喷口边缘O2浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小,说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200℃下二次风温度对燃烧的影响,结果表明,当二次风温度提高,煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低,从0.15 s降低到0.11 s,但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%,达到65%。对燃烧器结构进行优化,加入中心风,对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态,结果表明,加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低,采用直流时由于气流刚性较强,喷口中心区氧气浓度升高,采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱,对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。     

关于天然气管网安全掺氢比10%的商榷

大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时,可无需加以验证地直接通过天然气管网输送。本文提出从目前来看,该观点不成立。文章从管网系统掺氢适应性、示范项目掺氢比探讨和标准规范3个方面阐述了个中缘由。文中指出,掺氢天然气管输技术正处于起步阶段,其安全保障还面临诸多挑战,任何结论都需要经过反复论证和验证,以稳步推动氢能产业发展。     

掺氢天然气管道输送安全技术

介绍了利用现有天然气管道进行掺氢天然气输送的安全问题,总结了掺氢天然气与材料相容性、泄漏与积聚、完整性管理及风险评估等方面的研究现状,讨论了掺氢天然气管道输送研究进一步所需解决的安全问题。     

天然气富氧燃烧特性分析

随着全球各个国家对能源需求的不断增长和对环境保护意识的逐渐增加,我国以煤炭为主要消耗能源的现状已不符合可持续发展的理念。现阶段我国正在对清洁能源天然气大力推行,使得天然气在我国能源消耗中占比越来越大。如何提高能源燃烧效率的同时使污染物的排放得到减少,已成为了目前全球各个国家迫切需要解决的问题之一。富氧燃烧一种是利用助燃气体以高于空气中的氧气浓度进行燃烧的技术。能降低燃料的燃点,加快火焰的燃烧速度,燃烧过程中烟气含量减少,传热能力增强,从而大幅度提高燃烧效率,节约能源。但是在富氧燃烧过程中,必定产生比空气燃烧高得多的高温。这些高温会使空气中以及燃料中的N_2反应生成污染物NO_x,如何减少NO_x的生成量,就是富氧燃烧目前需要解决的问题。在建立好燃烧器,并完成网格划分之后,进行了富氧燃烧的模拟分析,从而得到了天然气在不同条件下的燃烧特性。并且分别研究了当助燃气体氧气氮气比例不同以及氧气和二氧化碳配比不同的NO的生成量,从而得到富氧燃烧时,减少NO_x生成量的最佳燃烧条件。     

掺氢天然气输送管道放空系统适应性分析

针对天然气掺入氢气后其物性参数发生改变,放空过程的温度压力等变化规律也会因此发生改变的问题,采用TGNET软件建立掺氢天然气输送管道放空管路模型,分析放空过程中放空口温度、压力、泄放流量等参数的变化规律,并对比不同掺氢量、管内温度、管内压力情况下的放空过程。结果表明：紧急放空方式下,掺氢量对于放空过程影响很小;计划放空...     

天然气富氧燃烧特性及污染物生成研究

面对CO_2减排的迫切需要和新能源収展受限的挑战,集于节能减排于一体的富氧燃烧技术应运而生。该前沿技术可通过对温室气体迚行系统控制,从而创造低碳环保及增产创收的双赢的局面。利用FLUENT软件对O_2/CO_2氛围下天然气富氧燃烧迚行数值模拟,在最优氧气浓度30%,助燃气体温度为300K的条件下,选取不同的O_2/CO_2配比,即设置CO_2的浓度分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%,对比分析这八组实验的燃烧温度分布特性、组分浓度分布特性、出口平均速度分布特性、污染物NOx的排放水平,从而确定不同的燃烧条件对燃烧特性的影响规律,找出最佳O_2/CO_2配比浓度范围,幵对结果迚行拟合总结分析,最终得到天然气最佳的燃烧条件,使天然气燃烧效率最高,达到减少污染物的排放、节约能源目的。     

天然气管道掺氢输送条件和应用场景展望

氢能是未来能源发展方向之一,被认为是未来的终极能源。天然气管道掺氢输送并在终端使用,将会不断扩大氢能应用场景,为碳达峰、碳减排做贡献。首先介绍了国内天然气管道掺氢输送最新前沿的研究应用现状,然后以陕西省为例,从政策、产业布局、资源条件及现状等方面综合分析了开展天然气掺氢输送的可行性及发展建议,旨在为促进氢能产业和天然气掺氢技术的推广发展提供指引。     

天然气在无焰燃烧下的燃烧化学反应特性分析

研究了天然气在常温空气无焰燃烧状况下的燃烧反应。实验表明：燃烧反应在整个炉膛内同时进行,温度场均匀,高温区域小,因而活化能E较大的区域小,生成的原子基团易于抑制因燃烧温度高而导致大量的NO生成,易与其他组分反应,生成CO2和H2O,使得CO和NOx的排放浓度低,燃烧充分,燃烧效率高。     

天然气蒸汽转化制氢工艺

从热负荷、运行成本和投资三方面对中小规模的制氢工艺有无变换工序进行了分析，认为在制氢量及天然气价格较低时，不必采用变换工序。     

Catalytic combustion in a domestic natural gas burner

Gastec and Vaillant developed a boiler in which the combustion is catalytically stabilised as well as a completely catalytic boiler. The catalytically stabilised boiler emitted about 5 ppm NO_x and 0 ppm CO. In this boiler the burner is replaced by a metal honeycomb. The honeycomb is partly coated with a catalyst washcoat. The coated part is at the flame side of the honeycomb. The coated length of the channels is an important parameter. A too long coating results in CO emissions, a too short coating in higher NO_x emissions.

The catalytic boiler emitted 0 ppm NO_x, 0 ppm CO and 0 ppm CH₄. The gas is combusted catalytically in two metal honeycombs. Most gas is converted in the first few millimetres from the entrance of the monolith. The heat that is produced is radiated to a heat exchanger. The remaining honeycomb and the secondary honeycomb convert the rest of the methane.

Comparing these boilers, the completely catalytic boiler shows lower emissions and a lower sensitivity to the gas quality. The partly catalytic burner is more reliable and can use a conventional security system. Production and development costs are thus smaller.     

含硫化氢混合气处理新技术

为提高经济效益和环境效益,采用全新的物理分离的方法,将含硫化氢尾气中价值较高的组分分离出来。该分离技术的核心是根据混合气各组分的临界点,控制适当的混合气体的温度和压力,使某一种或两种组分发生相变,根据混合气组分的数量、种类、各组分含量以及所要求的分离产物的种类、浓度或纯度,采用加压、蒸馏、比重差分离、吸收等工序设计工艺流程,适当控制参数,实现含硫化氢混合气体有效组分的分离。     

天然气制氢技术在氯碱生产中的应用

介绍了天然气制氢技术在氯碱生产中应用的可行性,天然气制氢技术的生产工艺和流程,总结了开车运行以来的生产情况。     

天然气制氢技术在氯碱生产中的应用

介绍了天然气制氢技术在氯碱生产中的可行性及生产工艺和流程。对开车运行以来的生产进行了总结。此技术的成功应用,为氯碱企业平衡生产中的氯气产能、解决氯气的安全贮运问题提供了经验。     

制氢装置氢气纯度的控制

分析了氢气中杂质的来源,影响氢气纯度的一些主要因素,以及如何从各方面去控制氢气纯度。指出,注意监测氢气纯度的变化趋势,并采取严格控制碱液密度等参数,提高装置负荷、定期清洗电解槽等措施可控制氢气纯度在规定范围。     

C3/MRC液化流程中原料气成分及制冷剂组分匹配

针对两种代表性原料天然气No.1和No.2,利用Aspen HYSYS流程模拟软件对C3/MRC天然气液化流程进行了动态模拟,考虑了混合制冷剂高低压变化、混合制冷剂组分改变,通过模拟研究获得了混合制冷剂各个组分N₂、CH₄、C₂H₆及C₃H₈在制冷系统中的不同作用,同时获得了制冷剂组分与混合制冷剂高低压以及原料天然气c_p-T之间的依赖关系,全面动态地展示了制冷剂各组分在C3/MRC流程中的影响和作用。在此基础上,又对比了原料天然气No.1和No.2在不同混合制冷剂高低压下C3/MRC流程的能耗指标。研究结果表明：原料天然气的c_p-T关系是决定整个C3/MRC流程能耗高低的关键因素,而混合制冷剂的组分或高低压的选择则对系统能耗影响较弱。混合制冷剂的组成及其高低压力的选择应根据原料天然气的c_p-T关系进行合理选取,以确保流程设计更为合理。     

混合制冷剂中重烃对天然气液化流程的影响

混合制冷剂(MR)组分是影响天然气液化流程性能的最重要因素之一。在某些特定的液化天然气(LNG)装置中,丁烷和戊烷等重组分不受欢迎。研究了以下4种混合制冷剂组分用于单混合制冷剂(SMR)流程的效果:含有异丁烷(C₄)和异戊烷(C₅)的MR;不含C₄的MR;不含C₅的MR;不含C₄和C₅的MR。对各流程的比功耗进行了对比。结果表明,相比于异丁烷,异戊烷对降低能耗的贡献更大;另外,工况1的能耗比工况4低18%。更进一步地,提出了采用不同制冷剂进行预冷的SMR流程。对于工况4,采用丙烷预冷的流程能耗可降低12%。     

天然气重整制氢新技术的研究进展

介绍了天然气重整制氢新技术,包括选择性透氢膜,选择性透氧膜,化学循环以及CO2吸收的研究进展,介绍了4种新技术应用于制氢装置中的概念设计,并比较了4种技术的优缺点。     

天然气燃烧中NOx减排的数学模型

在燃烧过程氮氧化物生成的基元反应和反应动力学基础上,推导并建立了新的NOx生成化学动力学模型,并利用流体力学计算软件及湍流模型分析手段,对天然气燃烧过程NOx生成进行了模拟计算,预测结果与实验结果吻合良好。研究表明,新模型比平衡模型和部分平衡模型预测更加接近实验结果,实现了对NOx生成数学模型的优化。