双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路。通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性。污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35%,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素。由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11. 3℃,燃尽温度低于煤粉13. 6℃,其最大吸热速率为0. 504 k W/kg,占水煤浆最大放热速率的56. 05%,总吸热量为1. 917 MJ/kg,占燃烧放热量的9. 94%;掺烧20%污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12. 3℃,燃尽温度低59. 1℃,水蒸发吸热量为0. 546 kW/kg,比水煤浆燃烧高8. 4%,总放热量为16. 88 MJ/kg,比水煤浆燃烧低12. 5%。通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果。14 MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25%左右的污泥水煤浆。污泥水煤浆中水含量由0增至35%时,平均每提高1%水含量,燃烧器出口温度下降7. 95℃,燃烧器内平均温度下降7. 69℃;水含量为35%时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃。污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现。二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0. 6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的。     

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。     

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.     

铝电解槽用矩形燃烧器燃烧过程的数值模拟

燃料加热启动法是铝电解槽加热启动的一种新方法,用燃料燃烧产生的高温烟气来加热启动铝电解槽,即烟气加热技术,可克服燃料加热法的不足,是较理想的铝电解槽加热方法,研究结构合理的燃烧器是保证烟气加热效果的关键.采用数值模拟的方法对烟气加热用燃烧器内的燃烧过程进行了研究,预测了燃烧器的燃烧性能及其影响因素.研究认为燃烧器设置预燃室有利于提高燃烧器的完全燃烧度,紧靠燃烧室壁面的三次风有利于降低燃烧室内壁温度,研究结果为燃烧器结构的优化设计提供了理论依据.     

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。     

双锥燃烧器外侧风道传热分析

为解决煤粉工业锅炉燃烧器风冷外壁过热问题,通过数值模拟对双锥燃烧器外侧风道传热进行了分析。模拟结果与实际相符,燃烧器风冷前锥外壁存在条带状高温区,且最高温点位于二次风入口对侧。由于外壁面的切向热传导,实际温度分布比模拟结果均匀,但两者规律一致。在50%~100%负荷内,随着燃烧器负荷降低,由于煤粉在燃烧器中停留时间增长,燃烧进程增加,外壳温度呈显著上升趋势。分析了加入回流挡板、增设隔热层2种结构优化对燃烧器外侧风道传热的影响。2种方式均可有效缓解燃烧器外壁过热问题,但加入回流挡板增加了二次风阻力,增设隔热层会使风冷前锥温度上升。     

水煤浆在燃油热水锅炉内的燃烧试验

主要介绍了７ＭＷ燃油热水锅炉改烧水煤浆的改造设计，水煤浆炉前系统的调试，锅炉改造后的调试和水煤浆燃烧试验的结果。     

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。     

新型液排渣燃烧器内燃烧特性的数值模拟

通过数值模拟的方式,研究了新型液排渣燃烧器在不同过量空气系数下的速度、温度以及组分浓度的分布情况.结果表明,在较小的过量空气系数(α=0.7,0.8)时,煤的燃尽情况较差;α≥1.0时,煤粉燃烧更完全,但却不利于氮氧化物的控制.采用分级燃烧的方式,控制燃烧器内为欠氧燃烧(取α=0.9)以降低局部氧浓度,既能达到液态排渣要求,又可抑制NOx的生成,并在高温烟气进入炉膛降温之后再补充燃尽风,使得可燃成分在炉膛内再次燃烧,提高燃尽率.通过模拟与实验相结合的方式,对燃烧器进行三种不同负荷下的热态实验研究,该燃烧器负荷适应性好,模拟结果与实验结果相吻合.     

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。     

四通道煤粉燃烧器在窑内燃烧的热态数值模拟分析

1前言西部高原地区随着水泥生产线日产量逐步提高,喂煤量随之加大,导致喷煤管内煤粉存在不均匀现象,分解炉出口的温度也相应波动,造成了分解炉喷     

三喷腾DD分解炉内煤粉燃烧的数值模拟

本文采用Ansys软件平台中的非预混燃烧模型,对于日产5000 t熟料的水泥生产线上三喷腾型DD分解炉内煤粉燃烧过程进行了数值模拟计算,从而得到了煤粉燃烧后所形成的炉内温度场和组分浓度场.模拟计算的结果表明,该类型分解炉内的高温区位于炉体下部,最高温度约为1800 K;随着炉膛高度增加,炉内温度场呈均匀降低趋势;煤粉入口处挥发份和CO的浓度较高,CO2的浓度较低,并且随着反应的继续进行,CO和O2浓度将逐渐降至0.     

Texaco水煤浆气化过程的数值模拟

基于CFD算法,采用Fluent软件对某企业的Texaco气化炉气化过程进行模拟,考察CO、H_2、CO_2与H_2O(g)四种主要气体在气化炉内的速度与浓度的分布特征及气化室内的温度场特性。模拟结果表明,炉内气体的速度场分布具有区域性,并导致气化炉的拱顶超温,同时气体浓度分布与炉内温度分布特征相关。出口煤气成分浓度的模拟值接近于工业数据,证明模型的正确性。     

三管燃烧器在生长室内燃烧特性的数值模拟

通过研究三管燃烧器在生长室内的燃烧特性,分析了喷嘴结构对燃烧特性的影响。结果表明:H_2从喷嘴流出后,由于内O_2与外O_2的作用,在中心和近壁面处产生两股火焰。外O_2和H_2吹入深度接近,相互扩散明显,燃烧反应完全,生长室的氧化气氛主要通过内O_2实现。晶体熔帽所受压力主要来自于中心气流的作用,熔帽中心受到最大的压应力作用,而在晶体熔帽边缘附近,气流对熔体产生的压力为拉应力。喷嘴内O_2孔径对晶体熔帽表面温度和压力的影响比较明显,而外O_2环直径的影响很小,H_2环直径对熔帽温度影响较大,对压力的影响很小。     

大型氨合成塔双锥密封过程的数值模拟

通过建立一大型氨合成塔封头法兰双锥环密封结构的三维有限元分析模型，得到预紧和正常操作两种工况下密封面上的垫片应力，并探讨了双锥环内侧与顶盖圆柱面之间径向间隙对密封性能和双锥环应力的影响。有限元结果表明：封口直径为2230mm的双锥结构参照GB150进行设计，其密封性能能够得到保证。     

新型动态旋流燃烧器的燃烧特性数值研究

基于旋流燃烧技术,自行设计了一款动态旋流燃烧器,通过电机带动旋流叶片旋转以获得不同的旋流强度。对燃烧器五组旋流叶片转速（v=600 rad/min、900 rad/min、1200 rad/min、1500 rad/min和1800 rad/min）工况进行了数值模拟。结果表明：当旋流叶片转速v=600 rad/min时,燃烧室内没有形成中心回流区域;随着v的增大,中心回流区域的形成直接影响火焰结构和高温区域面积,高温区面积明显减小,并逐渐向燃烧室前段移动,燃烧室内整体温度均匀性得到很好地改善。燃烧室出口NO排放量先增大后减小,在旋流叶片转速v=900 rad/min时,NO排放量达到峰值。当v从900 rad/min增大至1800rad/min时,燃烧室出口处NO排放量降低了98.71%。较高的旋流叶片转速对于提高燃烧器的燃烧效率和燃烧室的整体工作性能,以及降低污染物排放是一个好的选择。     

多通道烧嘴水煤浆气化过程数值模拟

针对气化炉烧嘴在使用过程中出现的雾化效果差的问题,采用了DPM颗粒离散多相流模型,研究了同心三通道烧嘴使用过程中的水煤浆管内流动和雾化规律。改变多个影响因素并正交分析后得出:水煤浆雾化受烧嘴内外两气道气体流速变化的影响,气体流速增大时,水煤浆SMD值降低;当增加水煤浆流道锥角,使水煤浆与气体射流充分预混时,SMD值减小明显。此外,增加烧嘴出口节流同样会减小SMD值。综合比较各因素的影响,发现节流尺寸和内喷嘴气体流速对水煤浆的雾化效果影响最大。     

乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。     

喷旋管道式分解炉内燃烧、分解过程的CFD模拟

针对水泥分解炉内煤粉燃烧、生料颗粒分解过程共存的特点,提出了相应的计算模型与方法,以CFX4为基础,采用用户软件,二次开发出模拟该现象的工程计算软件,并以工业化中实际使用的5 500 t/d的喷旋管道分解炉为对象,计算分析了炉内的煤粉燃烧、生料分解率在空间上的变化规律,探讨了炉内的湍流速度场及高温火焰燃烧区域、空气组分、颗粒体积浓度等的空间分布特征,指出了进一步优化的方向。     

水煤浆、重油两用燃烧器的应用

主要论述了水煤浆、重油两用燃烧器的实际运行情况及存在的一些问题,并提出相应的改进措施,对水煤浆燃烧器的设计及燃油锅炉改烧水煤浆有一的参考价值。