陶瓷辊道窑柴油富氧燃烧特性的研究

在模拟的燃烧实验台上,通过提高氧浓度分析了富氧燃烧技术对陶瓷辊道窑能耗、废气排放、NOx和CO2浓度及窑炉火焰特性的影响。研究结果表明:柴油富氧燃烧后,在保证实验台内温度场稳定的前提下,随着氧浓度从21%~30%逐渐增加,沿火焰长度方向的热气体温度随距窑墙距离的增加而迅速降低,火焰流速变慢,火焰长度变短;柴油量在氧浓度刚开始升高时快速减少,随后减少幅度下降;理论废气量和CO2浓度逐渐减少,而NOx浓度则迅速增加。     

梭式窑富氧燃烧的数值模拟研究

采用Fluent软件对日用陶瓷梭式窑的富氧燃烧技术改造进行数值模拟计算。研究不同富氧浓度对于梭式窑温度场及制品温度带来的影响及规律。结果表明,随着氧气浓度的增加,梭式窑内火焰最高温度逐渐增加,窑内温度的均匀性变好,但在不改变喷枪口径的情况下,窑内陶瓷制品的温度变化不显著。为了提高陶瓷制品的烧成温度,应对窑内喷枪进行改造,减小喷枪口径,增大燃气与富氧喷入速度可提高对流换热作用,进而提高陶瓷制品温度。增加棚板层的层间高度可使更多的热气流从陶瓷制品上方进入到制品区域内部进行对流换热,减小陶瓷制品区域温差。     

陶瓷窑炉中富氧燃烧的传热特性和节能效果分析

为研究富氧燃烧技术在陶瓷窑炉中的实际传热现象,以液化气为燃料在富氧燃烧试验台上进行富氧试验。研究不同富氧燃烧条件下,烟气的组成和辐射率、烟气热损失及燃料消耗量的变化,结合火焰空间系统零维传热数学模型,分析富氧燃烧对传热过程及节能效果的影响,探讨提高空间传热效率、降低能量损失的有效途径,为富氧技术在陶瓷窑炉中的实际利用提供可靠依据。研究结果表明:在富氧燃烧过程中,随着氧浓度的增加,烟气量的减少,烟气中的CO2和H2O体积浓度增大,烟气发射率增大,尤其是当氧浓度达到24%～30%时迅速增加,辐射换热能力增强;换热空间的传热能力明显增强,有利于热利用效率的提高;烟气所造成的热损失减少,热利用率得到提高;在维持一定窑炉温度时,燃烧消耗量下降,相对节能效果在氧浓度偏高的状态下较为明显。     

辊道窑富氧燃烧的数值模拟研究

采用Fluent软件对气烧明焰陶瓷辊道窑预热带和烧成带进行了数值模拟,研究了不同富氧条件下辊道窑内温度场的特性及其规律。同时,对于辊道窑NOx的排放情况进行数值模拟,分析了NOx生成量随O2浓度的变化规律。研究结果表明,在燃料量不变时,富氧燃烧可以提高燃料的燃烧温度,但随着O2浓度的增加,窑内温度的均匀性变差;而且当O2浓度从21%增大到27%时,NOx的排放量缓慢上升;当O2浓度大于27%时,NOx生成量迅速增加。基于此,在实际生产中建议控制富氧浓度在27%以下;此外,以天然气为燃料的富氧燃烧,NOx的主要生成类型是热力型和快速型,其中热力型NOx的生成占主导作用。     

富氧燃烧辊道窑结构优化的数值模拟

采用Fluent软件对陶瓷辊道窑进行了结构优化的数值模拟研究。结果表明,根据富氧浓度优化烧嘴口径后,天然气燃烧的火焰的"刚度"得到了改善。随着富氧浓度的提高,窑内烧成带平均温度先升高后降低,而横断面的温度均匀性则逐渐变差。当挡板与挡墙之间高度下降100mm后,窑内气流之间的扰动增强,且挡板与挡墙的截流作用变得较为明显,这可以很好地防止烧成带高温烟气不受限制地流向预热带,从而降低了热量损失。燃料量减少10%、20%、30%,辊道窑内烧成带的平均温度均有所下降。在满足烧成温度的前提下,当辊道窑采用27%的富氧浓度时,最多可节能20%。此外,对NOx生成量进行计算分析可知,富氧燃烧时的NOx浓度比空气助燃时高。但是,当富氧浓度为27%且节能20%时,烟气中的NOx含量仍能够满足陶瓷行业的NOx排放要求。     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响。以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体（O_2/N_2）在3种不同氧气体积百分数（21%,23%,27%）工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟。模拟得到3种工况下：炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度。模拟结果表明：随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率。     

300MW富氧煤粉燃烧锅炉变工况运行特性分析

富氧煤粉燃烧锅炉燃烧、换热特性与常规空气锅炉不同,为研究不同工况下富氧燃烧锅炉的运行特性,利用某300 MW富氧煤粉燃烧锅炉仿真模型,分别进行燃煤量、给水温度、氧浓度和水分变动试验。结果表明:随着富氧燃烧锅炉燃煤量的增加,炉膛出口烟温升高,炉内总辐射量增加,水冷壁产汽量增多。由于富氧锅炉辐射换热强,过热蒸汽温度随燃煤量增加而增加。随着炉内燃烧气氛中氧浓度增加,锅炉产汽量大幅度增加,主汽温度快速下降。由于锅炉设计煤种水分含量高且不稳定,水分变化对锅炉运行参数影响比较大,主要表现在煤质变坏,导致炉膛出口温度升高,过热蒸汽温度、再热蒸汽温度和排烟温度也随之升高。     

O_2/CO_2气氛下煤粉粒径分布对火焰传播的影响

采用高速摄像仪记录O_2/CO_2气氛下煤粉颗粒群在石英长管内着火及火焰传播的过程,分析粒径为16,82μm煤粉按一定比例混合,在不同氧浓度的O_2/CO_2气氛及空气中着火及火焰传播特性。结果表明:粒径分布对煤粉颗粒群着火和火焰传播有很大影响,小粒径煤粉着火快,火焰长度长;小粒径煤粉与大粒径煤粉混合燃烧可以缩短煤粉着火时间,提高火焰传播速度;氧浓度提高,火焰燃烧区间增加,小粒径煤粉比例越高,氧浓度对燃烧火焰传播速度的影响越明显。     

初始氧浓度对纵置煤粉炉组分及温度场影响的数值研究

在O2/CO2燃烧方式下,对设计的0.3 MW纵置炉在4组初始氧浓度Φ(O2=21%,30%,35%,40%)工况下的燃烧室内的组分场和温度场分布进行了数值研究。计算结果表明:随着初始氧浓度的提高,炉膛出口烟气中的CO和CO2平均浓度相应降低,各工况下炉膛出口CO2浓度都在87%以上;炉膛出口NO平均浓度先增加后降低。随着初始氧浓度的提高,炉内的火焰温度水平逐渐提高。在Φ=21%工况下,炉膛尾部平均温度较低,而在Φ=40%工况下,炉膛尾部温度偏高,在Φ=30%工况下,炉膛中心截面温度比较均匀。     

1000MW燃煤锅炉富氧燃烧改造及NO_x排放的数值模拟

针对燃煤锅炉富氧燃烧改造的可行性以及NOx排放的问题,提出基于CFD数值模拟方法,开展1 000MW双切圆式燃煤电站锅炉的富氧燃烧改造及其NOx排放的数值模拟研究.结果表明,当氧气体积分数为30%的富氧燃烧条件下模拟的炉膛温度分布、换热结果与改造前空气燃烧时相当.绝热火焰温度一致可以作为改造时氧浓度选择的依据.改造后燃料NOx、热力NOx的生成量均显著降低,总NOx生成量可达改造前的47.3%.大量二氧化碳的存在促进还原区煤焦气化反应和燃料氮的析出,削弱了NOx前驱物的氧化,促进NO还原,从而减少NOx生成量.增大燃烬风风率可降低NOx排放.再循环烟气中的NO的还原使NOx净生成量降低44.6%~71.8%.     

CFD prediction of physical field for multi-air channel pulverized coal burner in rotary kiln

A 3-D numerical simulation with CFX software on physical field of multi-air channel coal burner in rotary kiln was carried out. The effects of various operational and structural parameters on flame feature and temperature distribution were investigated. A thermal measurement was conducted on a rotary kiln （4.5 m in diameter, 90 m in length） with four-air channel coal burner to determine the boundary conditions and to verify the simulation results. The calculation result shows that the distribution of velocity near burner exit is saddle-like; recirculation zones near nozzle and wall are useful for mixture primary air with coal and high temperature fume. A little central airflow can avoid coal backing up and cool nozzle. Adjusting the ratio of internal airflow to outer airflow is an effective and major means to regulate flame and temperature distribution in sintering region. Large whirlcone angle can intensify disturbution range at flame root to accelerate ignition and mixture. Large coal size can reduce high temperature region and result in coal combusting insufficiently. Too much combustion air will lengthen flame and increase heat loss.     

Optical investigation on polyoxymethylene dimethyl ethers spray flame at different oxygen levels in a constant volume vessel

In this paper, high-speed imaging and spectrometry diagnostics were used to study the spray flame structures and emission spectra of polyoxymethylene dimethyl ethers(PODE) in an optical constant volume vessel. The effects of oxygen volume fraction(15% to 80%) on some typical combustion characteristics such as spatially integrated natural intensity, flame propagation speed, lift-off length and the distribution of flame emission spectra were investigated. The results show that the PODE spray flame mainly exhibits blue chemiluminescence, which is different from the diesel yellow diffusion flame dominated by soot radiation. As the oxygen concentration increases, the flame natural luminosity and propagation speed increases, the position of lift-off region and flame tip move towards the injector nozzle, and the flame width becomes narrower. According to the spectral results, the blue chemiluminescence generated by carbon monoxide oxidation dominates the PODE flame luminescence,suggesting that no soot is formed. The increase in oxygen concentration leads to enlarged intensity and gradient of PODE flame radiation. In summary, the combination of PODE and oxygen-enriched combustion shows no soot formation and promotes the oxidation of carbon monoxide and unburned hydrocarbon. This study can provide more insights into PODE spray combustion,and offer guidelines for achieving efficient and clean combustion.     

等离子枪体内部流场和温度场的模拟分析

为改善等离子枪体结构设计，使枪体冷却系统更加完善，用ANSYS有限元分析软件对等离子枪体内部的三维流场和温度场进行了模拟计算，得到了枪体内部的三维温度场与流场分布图.在温度场分布图中，枪体高温区域在钨极弧处及其周围区域，但高温区域并不是轴对称的，而是向着喷嘴起弧点偏斜.通过对枪体内部流场的矢量分析及作特征点的流速曲线图，确定了冷却水道的两个涡流区，结合温度场分布图，得出等离子枪体工作时最薄弱处为靠近喷嘴起弧位置的水道死角.最后，提出消除或减弱冷却薄弱冷却薄弱部位的方法，以提高等离枪的使用寿命.     

回转窑内火焰温度热平衡法模拟计算

基于硅酸盐水泥熟料在回转窑内煅烧过程热平衡和物料平衡基本理论，建立起回转窑内燃烧模型。通过对回转窑煅烧过程中相关气体和固体的比热进行回归计算，建立和引用与温度相关的数学模型，提高了模拟计算的精确度。模拟推导出回转窑内燃烧火焰最高温度，并在实际生产过程中得到了验证，模拟计算结果与实际生产过程有较好的拟合度。     

氧体积分数对乙烯扩散火焰中烟黑生成影响的实验

为了研究氧体积分数对扩散火焰中烟黑颗粒生长和聚合特性的影响,采用热泳沉积取样结合透射电子显微镜(TEM)图像,分析富氧和贫氧环境下乙烯/O2/N2扩散火焰中烟黑颗粒的粒径和颗粒凝聚体平均颗粒数,并采用激光消光法同步测量烟黑颗粒在火焰轴向和径向的体积分数分布.实验结果表明：对于乙烯扩散火焰,氧体积分数的增加,使火焰中心同一高度上的烟黑粒径和凝聚体平均颗粒数增大,进而引起烟黑体积分数增大,峰值位置前移;在火焰径向方向烟黑颗粒分布向中心收缩,边缘位置烟黑体积分数增大.对于本文讨论的扩散火焰,氧体积分数的增加对烟黑的生成具有促进作用,这对于火焰颗粒污染物的控制研究具有参考意义.     

某些身管武器连发射击过程中膛壁温度分布

本文用高速气流沿半有界平板的湍流做为火炮发射过程中火药燃气流对炮膛的对流換热模型,导出连发射击过程中膛壁温度分布的数学模型。对任何火炮,只要知道其压力曲线和速度曲线,就可求得连发射击过程中膛壁温度分布。为改善武器的使用条件、身管强度设计及发射过程中热損失的分析提供理论根据。文中所用換热模型和数学模型已由53式7.62mm步枪的单发射击实测結果证实是可信的。     

废气再循环成分对扩散燃烧中碳烟成核的影响

通过测量对置射流扩散火焰中开始形成碳核时的临界气动变形率Kp,对空气中加入燃烧废气(CO2和N1)时的乙烯和丙烷的扩散火焰中碳烟成核的影响进行了实验研究．通过适当的火焰温度调节方法,将CO2对碳烟成核过程所起的各种作用进行了分解,并由此得出结论：CO2对扩散火焰具有遏制碳烟成核的作用．