水煤浆MILD燃烧数值模拟研究

为解决水煤浆常规燃烧存在的运行稳定性差等问题,以IFRF炉为研究对象,采用数值模拟方法尝试对水煤浆燃料进行了MILD燃烧研究。结果表明,在燃料输入功率不变的条件下,水煤浆MILD燃烧相对于常规旋流燃烧,流场的回流区域更大,烟气循环更加强烈,整体的炉膛温度更低,分布更加均匀,峰值温度最高降低了227 K,燃烧反应速率更慢,燃烧反应区面积存在区域更大,整个炉膛基本处于低氧氛围下,尾部烟气中的NO_x排放降低了50%以上。此外,水煤浆浓度的改变对炉膛流场几乎没有影响,但可以降低炉膛整体温度以及尾部烟气中NO_x排放。     

O_2/CO_2条件下煤粉燃烧特性数值模拟研究

O_2/CO_2燃烧技术是燃烧后捕集和存储CO2的有效方法之一,研究CO2氛围的煤粉燃烧特性对于明确煤粉着火特性和锅炉温度场分布至关重要。本文运用FLUENT软件非预混燃烧模型对O_2/CO_2气氛下二维通道内煤粉燃烧过程进行数值模拟,针对两种典型Ⅲ类烟煤抚顺/水城煤种进行模拟,研究不同氧分压下煤粉燃烧的温度场分布,结果表明:在氧分压2%到20%范围内,随着氧分压的增加,由于有更多的O_2与煤粉反应,温度场分布高温区域有逐渐减小的趋势。在30%氧分压下,温度场分布高温区域变大,这主要是火焰温度过高,辐射区域较大的缘故。     

进口甲烷再燃烧对煤粉燃烧以及Nox生成影响的数值模拟

A full two-fluid model of reacting gas-particle flows and coal combustion is used to simulate coal combustion with and without inlet natural gas added in the inlet. The simulation results for the case without natural gas burning is in fair agreement with the experimental results reported in references. The simulation results of different natural gas adding positions indicate that the natural gas burning can form lean oxygen combustion enviroment at the combustor inlet region and the NOx concentration is reduced. The same result can be obtained from chemical equilibrium analysis.     

水泥回转窑煤粉燃烧过程的数值模拟

为了研究水泥回转窑NOx浓度与温度的变化规律,对其内煤粉燃烧过程进行数值模拟,模拟结果与监测数据相对吻合.研究结果表明:当煤粉喷入量为一次风量的0.5～1.0倍时,水泥回转窑冷却段、煅烧段、过渡段、出口NOx浓度分别为0、100～1300 mg/m3、200～1300 mg/m3、100～1000 mg/m3,温度分别为1100～1300 K、1400～1900 K、1600～1750 K、1300～1700 K;煤粉喷射量为一次风量的0.6～0.8倍时,水泥回转窑内NOx浓度较低、温度较高,较为适合实际水泥生产工艺.     

煤粉燃烧及SNCR脱硝反应过程数值模拟

使用Fluent6.3.26对一个简单的燃烧器内煤粉燃烧及非选择性催化还原(SNCR)脱销进行了模拟。应用标准k-ε双方程模型计算气体的湍流流动,采用组分运输模型、P-1辐射模型,得到燃烧器内部的速度、压力、和浓度场信息,模拟结果与实际得到较好的吻合。     

喷煤燃烧器煤粉燃烧过程的数值模拟研究

采用ＣＦＤ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｗ ｄｙｎａｍｉｃ）方法,研究并开发了喷煤燃烧过程的数值模拟应用软件。运用该软件预测的煤粉燃烧的温度分布场、主体气体组分分布场与实际燃烧过程相吻合,相对误差小于０％,该模拟软件是进行燃烧工程研究的重要分析工具。     

回转窑内煤粉燃烧机理数值模拟的研究

针对-回转窑建立模型进行煤粉燃烧的数值模拟,其中气相采用k—ε双方程湍流模型,离散相采用颗粒轨道模型,燃烧采用非预混燃烧结合简化的PDF模型,辐射采用P1模型。数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与燃烧的过程以及焦炭的燃烧机理,为煤粉在回转窑内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。     

煤粉锅炉富氧燃烧的数值模拟研究

以一台600MW四角切圆煤粉锅炉为研究对象,通过Gambit软件建立炉膛的三维结构及网格生成,在FLUENT软件中选择合理的数学模型,进行了空气气氛和富氧气氛下炉内煤粉燃烧的数值模拟.模拟结果表明:O2/CO2气氛下,由于CO2具有较高的比热容,炉膛内烟气的蓄热能力及着火热增加,炉膛整体温度下降,火焰中心上移.随着氧气浓度的提高,煤粉的燃烧得到强化,炉内温度升高,炉内高温区变大,火焰中心逐渐下移,有利于煤粉的着火和燃烧.     

O2/CO2煤粉燃烧及NOx污染排放的数值模拟

为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。     

煤粉无焰富氧燃烧的数值模拟方法进展

无焰富氧燃烧是煤粉清洁燃烧技术的前沿发展方向之一,可在捕集高浓度CO₂的同时显著降低NOx排放,并提升富氧燃烧稳定性和热力性能。计算流体力学(CFD)作为燃烧研究的重要手段之一,具有快捷、成本低和数据丰富等优点,有效促进了无焰富氧燃烧技术发展。基于笔者团队对煤粉富氧燃烧和无焰燃烧的多年研究积累,对近十几年来煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法和模拟研究进展进行了总结:首先强调了煤粉无焰燃烧的试验和数学定义,其由于存在非均相反应而区别于气体燃料无焰燃烧;然后详述了煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法进展,包括模拟流动、传热、燃烧和污染物生成方面的子模型和机理,其中考虑强烈烟气卷吸的可实现k-ε湍流模型、P1或DO辐射模型及针对富氧气氛修正的WSGG气体辐射模型、CPD挥发分析出模型、考虑湍流与化学反应交互的有限速率EDC均相燃烧模型、针对无焰及富氧燃烧开发验证的均相反应机理、考虑气化反应的多步表面焦炭非均相燃尽模型、含氮化学详细反应机理氮转化模拟、动态自适应反应机理加速算法等可显著提高煤粉无焰富氧燃烧的模拟精度和计算效率。总结了煤粉无焰富氧燃烧在基准对照试验、微观反应区域分析、宏观反应特征、污染物生成及大型化锅炉概念设计方面的模拟研究情况;最后以大涡模拟、燃烧模型、高精度反应机理及动态自适应反应机理、工业应用优化等角度展望了煤粉无焰富氧燃烧CFD研究的发展方向。     

回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟

建立了直吹管-风口-回旋区下部区域内气固流动、传热和煤粉燃烧的数学模型,基于实际高炉工艺参数,借助商业软件通过数值模拟的方法研究了煤粉粒度、鼓风含氧量和鼓风温度对煤粉燃尽率的影响. 结果表明,煤粉粒径由120 mm降低到70 mm,燃尽率提高35.928%;鼓风含氧量由21%增加到30%,燃尽率上升16.542%;而鼓风温度由1423 K增加到1498 K,燃尽率仅提高8.897%. 脱挥发分过程和氧气供应是决定燃尽率高低的两大因素. 此外,在研究变量对喷吹煤粉燃尽率的影响时,模拟区域应同时包含直吹管、风口和回旋区.     

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。     

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.     

125 MW煤粉炉内分级燃烧的数值模拟

对125 MW煤粉炉内两种工况的分级燃烧进行了数值模拟,得到了炉内温度、速度分布以及NOx,CO,CO2等气相组分浓度分布.结果表明,随二次风率降低、燃尽风率的增加,炉内最高温度降低,炉内高温区上移,NOx浓度降低;整个炉膛内部湍流强度都比较强烈;炉内CO和CO2浓度分布及速度分布与实际燃烧状况能较好吻合,可为低NOx燃烧技术和锅炉改造提供指导.     

进口甲烷再燃烧对煤粉燃烧以及NOx生成影响的数值模拟

A full two-fluid model of reacting gas-particle flows and coal combustion is used to simulate coal combustion with and without inlet natural gas added in the inlet. The simulation results for the case without natural gas burning is in fair agreement with the experimental results reported in references. The simulation results of different natural gas adding positions indicate that the natural gas burning can form lean oxygen combustion enviroment at the combustor inlet region and the NOx concentration is reduced. The same result can be obtained from chemical equilibrium analysis.     

水蒸气对煤粉再燃还原NO的影响

在兖州烟煤煤粉再燃还原NO的固定床反应器试验中加入不同量的水蒸汽,研究了水蒸汽对煤粉再燃还原NO的影响。结果表明,水蒸汽的加入加快了煤粉再燃还原NO的速度,但单位质量煤粉的还原效果随水蒸汽量的增加而降低,原因是水蒸汽同时也加速了煤粉的燃尽。水蒸汽加快了CO和CO2生成速度以及O2消耗速度,在挥发分为主的反应阶段促进CO2的生成更明显,而在焦炭为主的反应阶段促进CO的生成更明显,但单位质量煤粉的CO2生成量和O2消耗量均降低、CO生成量增加。煤粉再燃的燃尽时间随水蒸汽量的增加而缩短,比如当水蒸汽量为2%时,燃尽时间缩短了25.9%,当水蒸汽量为4%时,燃尽时间缩短了47.8%。在再燃区加入一定量的水蒸汽,既能改善煤粉对NO的还原效果,又能提高煤粉的燃尽率。工程应用要根据煤质特点、主燃区NO浓度、再燃煤粉比例、再燃区过量空气系数、经济性评价等因素进行试验确定最佳水蒸汽量。     

O_2/CO_2气氛下单颗粒焦炭燃烧竞争效应的数值模拟

基于O_2/CO_2气氛下焦炭燃烧的复杂气固反应,提出多种碳基随机孔模型(Various Char-RPM)模拟焦炭颗粒燃烧过程,对影响其竞争效应的因素进行分析.结果表明,焦炭燃烧竞争效应主要发生在动力扩散控制区,此时颗粒孔隙中的气体浓度明显波动,燃烧不稳定.提高环境中O_2浓度和减小焦炭颗粒粒径均可弱化和消除竞争效应,减小粒径的效果更明显.     

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%~40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

旋涡式低NOX煤粉燃烧器燃烧特性的数值模拟

在冷态实验和数值研究的基础上,采用STAR-CD软件对旋涡式低NOx煤粉燃烧器进行了热态模拟,分别得出了燃烧器内还原区和燃尽区的燃烧特性. 还原区流场呈涡旋状,颗粒处在高速旋转、燃烧、破碎的状态,其内严重缺氧,温度较低且分布均匀. 燃尽区内氧气浓度相对较高,温度较高,有利于颗粒的燃尽. 对于0.5 mm以下颗粒,本燃烧器能够稳定地燃烧,并得到较低的氮氧化物排放. 对燃烧器优化设计的计算结果表明,将一次风单管进风改为多口进风能够较好地将大颗粒压制在下部的旋流区内,在保证低氮氧化物排放的同时,有利于阻止颗粒逃逸、提高燃烧效率. 在优化的计算工况下,其NOx的排放量仅为118 mg/Nm3,远低于固态排渣炉650 mg/Nm3的国家排放标准.     

回转窑内煤粉燃烧及气体分布的数值模拟研究

运用CFD数值模拟的方法 ,研究回转窑中煤粉燃烧及气体分布。冷态模拟结果显示窑内产生中心回流区、内回流区和外回流区;热态模拟,结合温度场对窑中各气体分布进行详尽的说明。