燃煤锅炉改烧煤层气燃烧试验与数值模拟

将低效率的燃煤锅炉改烧低热值煤层气是一项很好的节能减排措施.燃煤锅炉改烧低热值煤层气后,对炉膛内流动及燃烧过程进行了燃烧试验和三维数值模拟,分析了燃煤锅炉改烧煤层气后炉内流动及燃烧特性,并预测了炉膛内流场、温度场和甲烷组分的分布规律.结果表明,燃煤链条炉改烧低热值煤层气后,流动和燃烧状况良好,锅炉效率比燃煤时提高了25.5%.炉膛上部形成回流区;额定负荷时,CH4浓度下降最慢,整个炉膛的火焰充满度较好.     

三通道煤粉燃烧器湍流场热线测试研究

采用双通道热线风速仪对典型三通道煤粉燃烧器形成的等温湍流场进行了测试研究，给出了轴向、切向平均速度的分布规律，探讨了相应的湍流强度分布曲线，分析了回流区、回流量的变化规律.所得结果对指导煤粉燃烧器的操作，开发新型三通道煤粉燃烧器及加深理解燃烧机理均有一定帮助，并为进一步开展理论研究提供了基础     

一次风速对高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器性能影响的数值模拟

高浓度煤粉燃烧器能稳定燃烧和显著降低NO_x排放,是一种经济环保的燃烧技术,其一次风速对炉内着火延迟、煤粉燃烧稳定性以及NO_x排放量都有重要的影响。为了确定适合新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器的一次风速,为燃烧器的现场试验和实际运行提供指导依据,采用ANSYS Fluent软件模拟计算了一次风速对煤粉燃烧稳定性和NO_x排放的影响。先进行网格无关性检验,并用一台25 t/h全尺寸煤粉工业锅炉进行试验,验证了模型的准确性。数值模拟计算结果表明:新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器可在预燃室和炉膛内形成2个回流区,预燃室内的回流区保证煤粉稳定燃烧,炉膛内的回流区降低NO_x。一次风速过低时,一、二次风的后期混合减弱,煤粉燃烧不稳定,NO_x排放量略微升高;一次风速过高时,二次风与煤粉的混合被削弱,煤粉燃烧同样不稳定,且焦炭转化率明显下降,NO_x排放大幅增加;一次风速从17 m/s增加到20 m/s,出口截面NO_x浓度提高约10%;适当的一次风速不仅能稳定煤粉着火和燃烧,还能实现NO_x低排放。试验研究燃烧器的最佳一次风速在14～17 m/s。     

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。     

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.     

低浓度甲烷在微小燃烧器中的催化燃烧实验

选用泡沫金属(Fe-Ni)作为催化剂载体, 通过浸渍法制备了整体式催化剂(Pd/Al₂O₃/Fe-Ni)。然后使用该泡沫金属载体整体式催化剂在微小燃烧器中对低浓度甲烷进行催化燃烧实验, 分析了燃烧器温度、甲烷浓度以及流量对甲烷转化率的影响。结果表明, 随着燃烧反应器内温度的升高, 混合气体总流量的降低和甲烷浓度的增大, 甲烷的转化率增大;进一步分析表明温度是影响转化率最关键的因素, 当燃烧反应器内温度为550℃, 甲烷浓度为5%, 总流量为50 ml·min^-1时, 甲烷的转化率可以达到98.7%。     

撞击预燃式煤粉燃烧器优化研究

针对适用于低挥发分无烟煤燃烧的撞击预燃式燃烧器在运行过程中存在的燃烧不稳定,燃烧器出口结焦现象严重的问题,采用数值计算方法模拟燃烧器内和燃烧器出口的冷态流场分布及燃烧器内煤粉颗粒轨迹的分布,得出影响燃烧器回流特性的主要因素,并给出燃烧器的优化模型.     

煤层气焦炭燃烧除氧实验研究

低浓度煤层气热值和浓度达不到工业利用的要求,工业利用时需要对其中的甲烷进行浓缩.由于煤层气含有氧,给浓缩工艺的安全性造成危害,因此在浓缩之前必须将氧除去.阐述了现行正在研究的几种除氧方法的特点,并采用管式炉实验装置对低浓度煤层气除氧进行了实验研究.结果发现,除氧温度小于700℃时,甲烷损失率小于10%,甲烷的裂解是造成甲烷损失的主要原因.通过焦炭燃烧法除氧,氧气浓度能够降至1%以下.     

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...     

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。     

新型双通道煤粉燃烧器流场模拟

为了优化新型双通道煤粉燃烧器结构参数,采用计算流体动力学软件建立燃烧器-回转窑物理模型,使用κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,对回转窑内流场进行冷态数值模拟。分析旋流角度和旋流风速变化对回流区的影响,结果表明:喷嘴附近二次风存在旋转现象;旋流风角度增大,回流区范围扩大,向靠近燃烧器方向移动,旋流风速增大,回流区范围增加幅度较小;低旋流角度,依赖轴向速度差卷吸二次风,高旋流角度加快旋流风径向扩散,不利于卷吸二次风。     

低流量煤粉稳燃燃烧器的研究与应用

结合煤粉工业锅炉煤粉流量低和炉膛容积小的特点,运用内二次旋转风、锥形钝体和有限预燃室空间相结合的稳燃技术,开发出一种低流量煤粉稳燃燃烧器。运用CFD技术研究了一次风速、内二次风速、内二次风旋流强度和钝体阻塞率等参量变化对回流区大小和回流速度的影响。提高内二次风速,回流区长度和平均回流速度皆呈现缓慢增加趋势;增加内二次风旋流强度,回流区长度和平均回流速度能较快增加,能明显提高回流区卷吸高温烟气热量;钝体阻塞率为1.070是比较合适的。该燃烧器应用到蒸发量4 t/h煤粉工业锅炉上,能够稳定燃烧,提高锅炉热效率10%～18%。     

预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备,研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域,在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响,但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律,笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器,基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型,利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析,结果表明:预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状,但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D<1.3区域内,由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用,预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用;在1.32.3区域内,预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱,可忽略不计。在预燃室的作用下,回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D,最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处,相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下,在X/D<0.6区域内,速度和湍流度均出现峰值,在X/D>1.6区域内峰值消失,内外二次风完全混合;有预燃室工况下,在X/D<0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大,湍流度沿着径向方向逐渐减小,在X/D>1.6区域,速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧,工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大,刚性强,避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生,延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。     

基于燃烧器空气动力场数值模拟

某化工厂锅炉由于炼厂干气的特点,燃烧器区域烟气温度过高,同时燃烧器不能及时得到冷却,造成燃烧器金属材料热疲劳加剧,燃烧器烧坏变形问题,文章通过计算流体动力学方法,针对两种不同结构燃烧器数值模拟了其空气动力场特性,根据计算结果提出了燃烧器设计改进思路.     

The influence of fuel bias in the primary air duct on the gas/particle flow characteristics near the swirl burner region

A three-component particle-dynamics anemometer is used to measure, in the near-burner region, the influence of the particle bias in the primary air duct on the gas/particle flow characteristics for a centrally fuel rich swirl coal combustion burner, in conjunction with a gas/particle two-phase test facility. Velocities, particle volume flux profiles and normalized particle number concentrations were obtained. Compared with a common burner (a centrally fuel rich burner without a particle concentrator), the degree of penetration for the centrally fuel rich burner is higher, the residence time of particles in the central recirculation zone is longer and the central recirculation zone is larger. The particle volume flux and normalized particle number concentration for the centrally fuel rich burner are much larger near the chamber axis. The influence of gas/particle flow characteristics on combustion has been analyzed.     

加压固定床粗煤气再转化工艺自热式转化炉烧嘴选择

烧嘴是自热式转化炉的核心设备,而自热式转化炉是加压固定床粗煤气再转化工艺中的关键设备。为了提高转化效率,首先对比分析了6种烧嘴的应用对象、应用场合、运行优缺点及工艺环境等。通过分析发现,烧嘴在压力从微正压到8.0 MPa、温度880～1700℃内都能运行,且为了保证气化反应的顺利进行,也对烧嘴需具备的性能提出了要求。分析了河南某化工厂试烧褐煤时的粗煤气组成,进一步分析了烧嘴在实际应用中需要满足的条件。结果表明:德士古气化炉煤烧嘴作为粗煤气再转化工艺的实验烧嘴是可行的,能够满足加压固定床煤气化炉产粗煤气再转化工艺要求。     

Numerical analysis of the flow field inside an entrained-flow gasifier

The flow field of an entrained-flow gasifier was numerically simulated to describe coal gasification process. The standard k-ε turbulence model and SIMPLE procedure were used with the Primitive-Variable method during computation. In order to investigate the influencing factors on the flow field that may have a great effect on coal gasification process, some parametric studies were performed by changing the gas injection angle, gas inlet diameter, gas inlet velocity, extension in burner length and gasifier geometry. The calculation results showed that the basic patterns of the flow field inside the gasifier were nearly the same with a parabolic distribution irrespective of the change in parameters. There existed an obvious external recirculation zone with axial length less than 1.0 m and a narrow internal recirculation region was observed in the entrance of gasifier inlet. The geometry parameters of the burner, such as the oxygen inlet diameter and angle, influenced the flow field at the inlet region near the burner. But after a certain length along the gasifier, the flow field was nearly the same as that in the basic case.     

缝式低NOx燃烧器结构的优化模拟

天然气作为燃料具有效率高、污染物排放少等特点,但其燃烧时易产生局部高温,同时生成NO_x。因此天然气燃烧器的优化设计,对于天然气的清洁高效利用具有非常重要的作用。针对现有新型缝式低NO_x燃烧器进行结构改进,对改进后的结构进行模拟分析和实验验证,结果表明：在天然气管道上斜开圆孔,在降低NO_x排放方面有一定的效果,温度分布均匀性也得到了保证;当开孔方向与切缝方向一致时,高温区有所减小,烟气出口NO_x平均浓度降幅较大,且随着开孔角度的增大,烟气出口NO_x平均浓度逐渐减小;细缝左侧加挡板时烟气NO_x平均浓度降低,且随着挡板角度增加,烟气出口NO_x平均浓度先降低后增加,细缝左侧加30°挡板是最佳结构。与切缝方向一致时开孔50°是最佳结构。     

Numerical analysis of pulverized coal combustion characteristics using advanced low-NOx burner

A three-dimensional numerical simulation is applied to a pulverized coal combustion field in a test furnace equipped with an advanced low-NO_x burner called CI-α burner, and the detailed combustion characteristics are investigated. In addition, the validities of the existing NO_x formation and reduction models are examined. The results show that a recirculation flow is formed in the high-gas-temperature region near the CI-α burner outlet, and this lengthens the residence time of coal particles in this high-temperature region, promotes the evolution of volatile matter and the progress of char reaction, and produces an extremely low-O₂ region for effective NO reduction. It is also found that, by lessening the effect of NO reduction in Levy et al.'s model and taking the NO formation from char N into account, the accuracy of the NO prediction is improved. The efficiency factor of the conversion of char N to NO affects the total NO concentration downstream after the injection of staged combustion air.     

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。