过量空气系数及旋流数对天然气燃烧特性的影响研究

针对天然气在O2/N2氛围下扩散燃烧时,过量空气系数和旋流数对WNS型燃气锅炉燃烧室内的温度分布、速度分布及NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡耗散模型进行数值模拟。基于旋流对流动特性的影响,采用旋流数S来表示入口空气的旋流强度。结果表明：在过量空气系数α从1.0增大到1.3的过程中,火焰直径逐渐变小,排烟温度降低,燃烧室出口处NOx的质量分数逐渐减小;在空气旋流数从0提高到0.8的过程中,燃烧室内形成了中心回流区,火焰的径向流动分布逐渐改善,燃烧室内的温度分布更加均匀;旋流燃烧的火焰中心轴线温度分布高于直流射流燃烧,提高空气旋流数可以有效降低NOx的质量分数。     

流化床垃圾焚烧炉中NOx的排放特性试验研究

在哈尔滨垃圾发电厂流化床垃圾焚烧炉上进行NOx的排放特性试验研究,得到了垃圾特性、燃烧温度、烟气中氧浓度、尿素喷射量等因素对排烟中NOx排放浓度的影响规律.试验结果表明,随着垃圾中有机物含量及燃烧温度的增加,NOx排放浓度增加;随着烟气中氧浓度(＜7%～8%)的增加,NOx排放浓度也相应增加,进一步增加空气量,NOx排放浓度开始缓慢下降.在850～900℃下喷尿素水溶液进行脱氮试验研究,发现NOx排放浓度不但没有降低反而比不喷尿素时增高,说明尿素中的有机氮被氧化为NOx,造成总NOx排放浓度增加.在正常燃烧工况下,排气中NOx浓度一般小于150mg/m3.此研究结果对流化床垃圾焚烧炉运行具有指导作用.     

燃气轮机燃烧室内NOx生成影响因素的数值研究

低NOx燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流的强烈影响，旋流特性的分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。本文对燃气轮机燃烧室的旋流燃烧流动，应用商用程序FLUENT进行了数值模拟，并分析了旋流数、压强、湍流度对燃烧室内燃烧特性和NOx生成特性的影响。模拟结果表明，随着压强的增加，NOx排放逐渐增加，随着燃料入口湍流度的增加，NOx排放将减少，而随着旋流数的增加，NOx排放先是增加而后减小，同时，NOx随压强变化呈指数规律变化，但不同的燃烧组织形式对指数值有较大的影响。     

发动机起动动态过程富氧燃烧排放及其失火特性研究

针对发动机选择性组分进气富氧燃烧,采取氧浓度21%～27%的富氧进气,研究点燃式发动机起动初始段瞬态过程燃烧与排放特性.试验表明:随着进气氧浓度的增加,CO、HC排放明显下降,NOx排放有所升高.在氧浓度23%～25%的低富氧程度时,对于CO、HC排放的影响相对显著,随着富氧程度的进一步增加,该影响作用明显减弱.尽管富氧起动带来一定程度的NOx排放增加,但是起动过程的NOx排放仍然处于较低水平.缸内燃烧探测可知,合适的富氧氛围有利于火焰传播和扩散,明显减少失火现象,失火率呈线性降低趋势,起动燃烧稳定性明显增强.     

基于反扩散火焰的低NOx旋流燃烧器数值模拟

采用非预混稳态小火焰模型（Steady Flamelet Model,SFM）耦合110步甲烷燃烧简化机理和Realizable k-ε模型对反扩散-旋流低氮燃烧器进行模拟,对比分析了不同旋流角度（30°,45°和60°）及过量空气系数（1.05,110,115和1.20）下燃烧时燃烧室内各截面轴向速度分布、中心截面温度及NOx质量浓度分布。详细研究了燃烧室内天然气与空气的燃烧特性及NOx的排放规律。模拟结果表明：随着旋流叶片角度逐渐增大,燃烧室内回流作用逐渐增强,导致火焰长度变短、燃烧室内最高温度及出口NO质量浓度逐渐降低;在旋流叶片角度为60°时,出口NO质量浓度仅为114 mg/m3;随着过量空气系数逐渐增大,火焰末端温度逐渐提高,导致燃烧室出口NO排放量逐渐增大;在过量空气系数为1.2时,出口NO质量浓度达到294 mg/m3,相比于过量空气系数为1.05时,其NO排放量增加153%。     

磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NO_x生成特性的影响

以液化气层流预混火焰为实验研究对象。搭建了燃烧试验台,并在火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,并测量了电磁场中层流预混火焰燃烧温度和NOx浓度,分析了在不同磁场强度下层流预混火焰燃烧特性及NOx生成特性。结果显示,在电磁场的作用下,火焰温度升高、直径略微增加、高度有所降低,同时电磁场降低火焰中N、HCN、CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NOx浓度下降,最大下降为2.998 mg/m3。     

稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究

研究了耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧的火焰特性.结果表明:耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧是一种降低合成气扩散火焰NOx生成量的有效途径;实验范围内排放的NOx质量浓度一般低于2mg/m3,排放的CO质量浓度低于10mg/m3,排放的CO质量浓度随火焰热功率的增大而降低;燃烧器出口温度、壁面温度和喷嘴出口温度等均随火焰热功率的增大而升高.     

不同空气稀释剂对合成气扩散火焰NO_x生成特性的影响

针对合成气燃烧中NOx的生成机理,以结构简单的对冲火焰作为研究对象,利用化学反应动力学模型研究了不同稀释剂对火焰特性、自由基浓度及NOx生成的影响.结果表明:3种稀释剂降低NO排放效果的顺序为:CO2＞H2O＞N2,少量的CO2或H2O稀释空气时能有效地降低NOx排放;稀释剂量的增加对合成气中是否存在CH4时的影响趋势基本一致;合成气中CH4的存在降低了火焰温度和热力型NO生成,促进了快速型NO的生成;火焰拉伸率的提高使火焰温度和NO的生成降低.说明采用CO2和H2O稀释空气能有效抑制NOx的生成.     

LPP燃烧室振荡燃烧特性、火焰结构和NOx排放的实验研究

利用动态压力传感器、平面激光诱导荧光（Planer Laser Induced Fluorescence,PLIF）测量系统和气体分析仪针对不同入口气流旋流数和空气含湿量条件下,贫预混预蒸发（Lean Premixed Prevaporized,LPP）燃烧室中振荡燃烧特性、火焰结构变化规律和NOx排放特性开展了实验研究。研究表明：在一定条件下,随着燃烧室入口气流旋流数增加,激励出振荡燃烧的当量比区域扩大,所激励的振荡燃烧强度不断增加,但振荡燃烧的主频则不断下降,火焰变得更加紧凑且不断向燃烧室中心和上游壁面发展;随着燃烧室入口空气含湿量的增加,振荡燃烧强度会下降甚至消失,振荡燃烧的主频增加,火焰结构由振荡燃烧时的平整型火焰向稳定燃烧时的V型火焰转变,火焰的位置也向燃烧室侧壁面和下游方向移动;LPP燃烧室中NOx排放会随着燃烧室入口空气含湿量和入口气流旋流数的增加而下降。     

旋流数对燃烧不稳定性及NO_x生成的影响

采用大涡模拟方法分析了旋流数对燃气轮机燃烧室内预混燃烧不稳定性以及NO_x生成特性的影响.结果表明:增大旋流数使得流场的扩张角增大,中心回流区范围扩大,对燃烧产物的卷吸能力增强,预混段内温度升高,高温区范围扩大,有利于燃料气流的着火与稳定燃烧,火焰长度也有所缩短;旋流数为0.7时,流场中仅存在一个进动涡核,旋流数较大时,则出现2个明显的进动涡核;增大旋流数使得涡旋周期性的脱落频率增加,破碎位置向上游移动,同时由于火焰长度缩短,热释放区域相对更为集中,从而导致燃烧室内压力脉动频率及其对应的压力峰值增大;增大旋流数也使得火焰宽度增大,峰值温度有所降低,有利于控制NO_x排放体积分数.