循环流化床预热燃烧试验研究及数值模拟

循环流化床预热燃烧过程中,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程至关重要。为了研究预热燃料在下行燃烧室中的流动和燃烧特性,采用计算流体力学软件Fluent,结合试验手段,对不同二次风喷口配风方式下,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程进行试验及数值模拟,对比了不同配风方式下,流动特性、温度特性、组分浓度分布特性以及氮氧化物排放特性的差异。结果表明,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程中,二次风会卷吸烟气在下行燃烧室上部产生回流,稀释反应物,在中心喷口配风时回流区域更大。不同配风方式下,下行燃烧室中的温度分布不同。环形喷口配风时下行燃烧室中的温度峰值为1 459 K,而中心喷口配风时下行燃烧室的温度峰值为1 555 K,同时环形喷口配风时下行燃烧室的高温区域较小,温度分布更加均匀。环形喷口配风时,预热燃料和二次风的混合更加充分,高温煤气和空气的反应更加强烈,有助于燃料的着火及升温。而中心喷口配风时下行燃烧室顶部的CO和H_2等还原性气体浓度较高,有助于还原NO_x。同时较高的温度促进了气化反应,生成更多的CO和H_2,在燃尽风喷入前的区域形成还原性气氛,有助于进一步还原NO_x。二次风中心喷口配风时,更多的氮氧化物被还原,尾部烟气中的NO_x排放浓度为107×10~(-6),二次风环形喷口配风时,尾部烟气中的NO_x排放浓度为121×10~(-6)。     

隧道窑气体燃料燃烧数值模拟的研究

利用计算机数值模拟,研究隧道窑烧成带结构设置、燃料燃烧空气过剩系数等对烧成带温度分布、烟气中NOx污染物浓度的影响,为提高产品质量和窑炉设计提供理论依据.     

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。     

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.     

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。     

典型煤碳燃烧特性研究和数值模拟

本文以三种典型煤的碳燃烧为研究对象，分别采用简单一维沉降燃烧方式和等温加热燃烧方式，实验研究了煤在快速加热条件下，其碳的初期和中，后期燃烧过程。以实验为基础，建立了煤的碳燃烧模型，变工况数值模拟了煤的碳燃烧过程，揭示了煤不同条件下的单颗粒碳燃烧特性。     

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.     

超临界对冲旋流燃烧锅炉低氮改造

为了降低进入SCR(选择性催化还原)装置的NO_x浓度,拟对某电厂600 MW超临界锅炉进行低氮燃烧器改造,在改造前对NO_x排放浓度高的原因进行分析,同时提出3种备选改造方案并进行数值模拟研究,最后确定最优方案,即:保持原来燃烧器数量、位置不变,减小各次风的通流面积(风速不变),使主燃烧器区域过量空气系数为0.85,更换先进的低氮燃烧器,在原来的位于34.724 m标高位置的16只SOFA(分离燃尽风)风口中只保留两侧墙的6只,并在标高39.350 m处布置一层SOFA燃尽风(12个喷口)。改造后进入SCR的NO_x平均质量浓度约为400.7 mg/m~3,与数值模拟计算结果误差为12.8%,说明数值模拟计算结果具有参考意义。     

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.     

低NOx工业燃气燃烧技术研究进展

随着环保政策对工业炉NOx排放的限制越来越严格,需要开发新型低NOx燃烧器,以对现有加热炉进行改造。本文介绍了燃气燃烧过程中NOx的形成机理,综述了燃料分级（再燃）燃烧、旋流燃烧、脉动供燃料燃烧、富氧燃烧以及温和与深度低氧稀释（MILD）燃烧等几种新型低NOx燃烧技术。结合石化管式加热炉结构和管内流体的特点指出：在不对现有炉子整体结构做改造的情况下通过设计新型结构的燃料分级燃烧器能够减少加热炉NOx的排放;旋流技术能够强化反应物的混合与燃烧过程,然而其对NOx生成量的影响尚需进一步研究;MILD燃烧技术在体积热强度高的加热炉上较容易实现。多种低NOx燃烧技术组合使用会取得比单一措施更好的效果。     

精细水煤浆在小型高速内燃机上的燃烧理论分析

根据在内燃机气缸内燃烧水煤浆的试验,计算了精细水煤浆的热值;通过对汽缸内热力分析,得出精细水煤浆燃烧可以完全满足汽缸内的工况要求,同时分析了精细水煤浆在气缸内的燃烧过程。     

水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧技术研究与应用

在深入研究的基础上,作者提出了水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧新技术,并进行了工程实践。该技术可用于新型系列水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧锅炉的开发,并将各种型式的低效链条炉排锅炉、往复炉排锅炉、煤粉锅炉、鼓泡流化床锅炉、燃油锅炉改造成先进水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧锅炉。文中介绍了该技术的特点与原理及工程实践。     

A numerical study of accelerated moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion stability for methane in a lab-scale furnace by off-stoichiometric combustion technology

Moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion has become a promising low-NOX emission technology, while the delayed mixing of reactants and slower oxidation rate could potentially cause igni-tion instability in some scenarios. This paper proposes a new idea for enhancing the ignition stability for methane MILD combustion by combining with off-stoichiometric combustion (OSC), and its perfor-mances have been numerically assessed through a comparison against the original MILD combustion bur-ner. The results reveal although non-premixed pattern has the lowest NO emission, it suffers from a larger liftoff distance, thus less ignition stability. Contrarily, both partially-premixed and fully premixed patterns exhibit excellent ignition stability. Among the considered OSC conditions, the pattern of Inner ultra-rich and Outer lean produces the lowest NO emission while maintains a high ignition stability. Furthermore, the enhancement of the combustion stability by implementing OSC to the original MILD combustion burner is shown by comparing the operational range of furnace wall temperature (Tf), CO and NO emissions, as well as the evolution of chemical flame. The comparison reveals that OSC can extend the lowest operational Tf from 900 K to 800 K. More importantly, OSC can significantly improve the ignition stability in the whole range of Tf as compared to the original MILD combustion burner.     

Numerical modelling and simulation of pulverized solid‐fuel combustion in swirl burners

A finite‐volume numerical model for computer simulation of pulverized solid‐fuel combustion in furnaces with axisymmetric‐geometry swirl burner is presented. The simulation model is based on the k ? ε single phase turbulence model, considering the presence of the dispersed solid phase via additional source terms in the gas phase equations. The dispersed phase is treated by the particle source in cell (PSIC) method. Solid fuel particle devolatilization, homogenous and heterogeneous chemical reaction processes are modelled via a global combustion model. The radiative heat transfer equation is also resolved using the finite volume method. The numerical simulation code is validated by comparing computational and experimental results of pulverized coal in an experimental furnace equipped with a swirl burner. It is shown that the developed numerical code can successfully predict the flow field and flame structure including swirl effects and can therefore be used for the design and optimization of pulverized solid‐fuel swirl burners.     

浮法玻璃熔窑火焰空间石油焦部分替代重油燃烧的数值模拟

针对浮法玻璃熔窑火焰空间建立模型并进行了数值模拟,在保证热值相同的前提下,对比研究了重油燃烧及将石油焦部分替代重油燃烧时的流场分布特征。结果表明,石油焦部分代替重油燃烧后,两种燃料可很好地混合燃烧,窑炉内温度制度基本不受影响;石油焦着火时间比重油长,两种燃料混合燃烧时平均着火点滞后于仅使用重油时,且燃烧路径更长,燃烧时产生了大量CO,整个火焰空间及烟气出口处NOx的平均排放量与仅使用重油相比降低了30.02%,NOx减排效果明显。     

配风方式对燃煤锅炉掺烧污泥影响的数值模拟研究

燃煤耦合污泥发电技术研究主要聚焦在掺混比等条件的影响,而主燃区过量空气系数等因素的影响规律尚不清晰。鉴于此,采用涡耗散模型对600 MW四角切圆煤粉锅炉掺烧市政污泥进行数值模拟研究,分析了污泥掺混比例、主燃区过量空气系数以及二次风配风方式对燃煤锅炉内污泥掺混燃烧及NOx生成的影响。结果表明:随着污泥掺混比增加,炉膛整体温度下降,影响燃烧稳定性,同时炉膛出口NOx浓度有所降低。当污泥掺混比例增长至20%,炉膛出口温度约下降100 K,NOx浓度减少53.2%。而污泥掺混比例对于炉膛内速度场分布影响较小。随着主燃区过量空气系数由0.72增加至0.96,炉膛出口温度增幅较小,仅增加15 K左右,而NOx浓度则大幅增长,由174.39 mg/m3增长至352.09 mg/m3,约增长50.4%。在本文过量空气系数范围内,考虑温度和NOx浓度,推荐主燃区过量空气系数0.84。不同二次风配风对燃煤锅炉掺烧污泥影响差异较大。5种配风方式下,炉膛出口温度和NOx浓度有较大变化。鼓腰配风下炉膛出口温度最低,为1 289 K,而倒塔配风温度最高,为1 341 K。同时鼓腰配风下NOx浓度较高,为207.77 mg/m3,束腰配风NOx浓度较低,为156.42mg/m3。综合温度和NOx浓度,本文二次风配风推荐采用束腰配风方式。     

新型两段式气化炉的数值分析

对一种新型两段式水煤浆气化炉的气化效率进行了数值计算和分析。模型中将水煤浆的气化过程分为水分蒸发、煤热解、气相反应和气固异相反应等子模型。气相反应速率需同时考虑湍流混合和化学反应机理,气固反应的速率采用未反应缩芯模型。运用可实现k-ε模型描述气相湍流流动,随机轨道模型追踪水煤浆颗粒的运动。以中试多喷嘴水煤浆气化炉为建模基础,验证了该水煤浆气化模型的准确性。模拟计算得出新型两段炉的有效气组分含量为85.91%,冷煤气效率为76.42%。     

Combustion of coal-water suspensions

Combustion technologies using coal-water suspensions create a number of new possibilities for organising combustion processes so that they fulfil contemporary requirements (e.g., in terms of the environment protection-related issues). Therefore, an in-depth analysis is necessary for examining the technical applications of coal in the form of a suspension as a fuel. The paper undertakes the complex study of coal-water suspension combustion in air and in the fluidised beds. This, according to the author, best simulates the conditions that should be satisfied in order to use the new “fuel” efficiently and ecologically. An important element of the study was the identification of coal-water suspension drops, its complex morphology and evolution in the combustion process. The mathematical model enables the prognosis for change of the surface and the centre temperatures and a mass loss of the coal-water suspension during combustion in air and in the fluidised bed.     

回转窑二次风富氧燃烧的数值模拟

针对一实际尺寸的回转窑建立模型,分别进行了空气助燃(21% O₂)和二次风富氧(23% O₂)燃烧的数值模拟研究。结果表明,二次风富氧后,高温区覆盖形状没有明显变化,仍呈“棒槌状”;在回转窑前端,煤粉挥发分与焦炭燃烧速度加快,整体温度有所提升,最高温度由2386 K增至2427 K,壁面所接收的辐射量得到了提升;但NO_x的生成量也大幅度提高,其中出口处NO_x由247 mg/m³增至367 mg/m³。考虑到制氧成本问题及NO_x排放问题,在二次风中进行富氧燃烧的总体效果不够理想。     

榆林煤制水煤浆添加剂的筛选及成浆性研究

介绍了几种添加剂对榆林煤成浆性能的影响。实验发现,当萘系A与木质素A比例为40∶60时,对金牛沟煤较适合的水煤浆浓度为64%,添加剂加入量为0.5%。对上河沟煤较适合的水煤浆浓度为63%,添加剂用量0.6%。