固体材料对微型钝体燃烧器吹熄极限的影响

通过数值模拟研究了固体材料（石英、不锈钢和SiC）对微型钝体燃烧器内氢气/空气预混火焰的吹熄极限的影响。结果表明：计量比为0.5时,3个燃烧器对应的吹熄极限分别为36、25和21 m·s^-1。理论分析揭示了微型钝体燃烧器中火焰稳定性与流动和传热之间的相互作用非常密切。当热导率较小时,通过壁面向上游传导的热量较少,壁面对未燃预混气的预热效果较差,燃烧后的气体膨胀相对较弱,从而钝体后的低速区面积较大,稳燃效果较好。对于不锈钢和SiC燃烧器,由于SiC的发射率更大,通过壁面的散热损失较大,从而使得其吹熄极限较小。为获得良好稳燃性能的微型钝体燃烧器选择合适的材料提供了指导。     

位移钝体稳燃的旋流预混燃烧污染物生成特性

石化炉、加热炉等设备中燃烧过程的污染物控制具有重要意义。旋流预混燃烧过程具有低NO _x 排放的潜力,引发了学术界和工业界的广泛关注。结合钝体燃烧和旋流燃烧各自的优势,本文设计了带有位移钝体的旋流预混燃烧器。首先研究了不同钝体结构下的污染物的生成情况,确定了最优的钝体结构,在此基础上进一步研究了在不同旋流数下污染物生成、火焰形态和温度场分布情况。研究发现,钝体角度为30°、体积较小的倒锥形钝体具有较低的NO _x 和CO生成量。NO _x 生成量随着旋流数从0增加到0.83呈先减小后增加的趋势,并且当旋流数为0.25时,NO _x 生成量最低。在同一热功率下,火焰高度随着旋流数的增加而减小。在同一旋流数下,火焰宽度随热功率增大呈增大趋势。NO _x 生成量变化规律与其火焰温度分布规律一致,即NO _x 生成量最低的工况下火焰温度也比较低。由此推测旋流引发的温度变化是NO _x 生成量变化的主要影响因素之一。本文的研究结论对旋流预混燃烧器的设计提供了理论基础。     

660MW墙式切圆锅炉燃烧器数值模拟优化改造

针对某电厂水冷壁结渣、动力场不稳及低负荷稳燃能力差等问题,通过对百叶窗式煤粉浓缩器的性能参数进行试验优化,提出改进措施。利用Fluent计算软件,分析对比改造前后的空气动力场、温度场和烟气中各组分物质的量浓度的分布。结果表明:将挡板延长至钝体并与之结合,使浓、淡相煤粉气流一直保持到燃烧器出口,并通过将第一级叶片改为丘体型结构,第二、三级叶片中间开竖槽并适当调整叶片结构参数,获得较理想的煤粉浓缩效果,提高燃烧器的稳燃性能。     

煤粉锅炉新型钝体燃烧器运行总结

燃烧器是锅炉燃烧系统的重要组成部分,针对湖南金信公司4#煤粉锅炉出现的燃烧不稳、不能负压运行、锅炉容易熄火、渣可燃物含量高等问题进行了分析,选择钝体燃烧器来代替普通直流燃烧器,设计出了一种新型钝体燃烧器,运行结果表明,飞灰含碳量Cfh=13.6%,较改造前降低了5.4%,锅炉效率从76.74%提高到80.54%.该燃烧器具有较强的稳燃和负荷调节能力等性能,具有较好经济效益和推广应用价值.     

旋转流中预混合火焰高速传播现象—II.点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上,围绕燃烧器的点火特性,对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析.结果表明,不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成,在相同的燃烧工况下,在流场中点火位置不同,火焰的发展出现不同的趋势.在靠近中心轴附近的低速区点火时,火焰能够稳定;在靠近管壁的高速区点火时,撤离点火源后,火焰吹熄.本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

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%。     

煤粉锅炉新型钝体燃烧器研究

燃烧器是锅炉燃烧系统的重要组成部分,针对湖南金信公司4'煤粉锅炉出现的燃烧不稳、不能负压运行、锅炉容易熄火、渣可燃物含量高等问题进行了分析,选择钝体燃烧器来代替普通直流燃烧器,设计出了一种新型钝体燃烧器,运行结果表明,飞灰含碳量Cfh=13.6%,较改前降低了5.4%,锅炉效率从76.74%提高到80.54%.该燃烧器具有较强的稳燃和负荷调节能力等优越性能,具有较好经济效益并有推广应用价值.     

旋转流中预混合火焰高速传播现象-II. 点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上，围绕燃烧器的点火特性，对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析. 结果表明，不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成，在相同的燃烧工况下，在流场中点火位置不同，火焰的发展出现不同的趋势. 在靠近中心轴附近的低速区点火时，火焰能够稳定；在靠近管壁的高速区点火时，撤离点火源后，火焰吹熄. 本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明：当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。     

微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。     

部分填充床燃烧器中庚烷均相/异相耦合燃烧

在微小型燃烧器内进行了正庚烷的预混燃烧实验,研究三种不同的燃烧模式,即均相燃烧(HMC)、异相燃烧(HTC)、均相燃烧与异相燃烧同时发生的耦合燃烧(CC),包括三种燃烧模式下不同输入功率(P=20～70W)和当量比(Φ=0.55～2.5)的正庚烷的稳燃范围、转化率、燃烧效率、气相产物分布特性、壁面最高温度以及壁面沿程温度的特性。结果表明：CC模式的稳燃范围最小且同时受到HMC贫燃极限和HTC富燃极限的限制。HMC和CC燃烧模式下正庚烷转化率较高,在Φ≤1.6时,转化率超过90%。HTC工况下正庚烷转化率仅为16%～31%,产物CO₂选择性高,其他可燃气体基本没有。当Φ≥1.0时,CC的燃烧效率大于HMC,其原因在于CC模式下不完全燃烧产物(如H₂、CO、C₂H₄、C₂H₂等)含量较小,完全燃烧产物CO₂含量高。三种燃烧模式的最高壁面温度呈现出T_max-HMC>T_max-CC>T<...     

20 t/h煤粉工业锅炉钝体改造试验研究

为了提高神东某矿区20 t/h煤粉工业锅炉的燃尽率,结合煤炭科学研究总院自主研发的双锥中心逆喷燃烧器的结构特点,在燃烧器内设计加装了圆锥形钝体。经过钝体改造热态台架试验,发现煤粉燃尽率提高,火焰刚性增强。经过现场改造试验,发现加装钝体后蒸发量稳定,炉膛负压波动变小,炉头温度降低,炉膛结焦减少。分别对边宽比为0.60、0.65、0.70和0.75的钝体进行了对比,结果表明:在神东某矿区20 t/h锅炉14 MW燃烧器上,加装边宽比为0.65的钝体最为合理,煤粉燃尽率最高、飞灰含碳量最低。     

储罐壁面限制条件下喷射火火焰行为

高压燃气储罐泄漏极易诱发喷射火。通过搭建储罐壁面限制条件下不同喷射角度的喷射火实验装置,对近喷口流场受限的喷射火进行了系统研究,并验证了装置测试的可重复性。实验结果表明,储罐壁面限制条件下推举高度小于自由射流的推举高度,并通过数值模拟分析了两种空间条件下空气卷吸流场的差异性,从而物理解释了储罐壁面限制条件对推举高度的影响。两种空间条件下火焰长度都随喷射角度的增加而减小,但自由垂直射流的火焰长度小于储罐壁面限制条件下的火焰长度。火焰行为由浮力控制转为动量控制的临界Froude数与喷射角度和空间限制条件无关。研究还发现,与自由射流相比,储罐壁面的阻塞效应会降低火焰的推举速度,提高火焰的吹熄速度。     

微小型凹腔燃烧器内甲烷/空气预混火焰特性

对有凹腔的微细通道内甲烷/空气的预混燃烧进行了实验研究,并与无凹腔的情况进行了比较。结果表明,无凹腔时,只出现了稳定或振荡的倾斜火焰;有凹腔时,在很宽的速度范围内火焰均能被有效地稳定,当进气速度接近吹出极限时,火焰锋面发生弯曲和脉动。当量比为0.8、0.9和1.0时有凹腔的微细通道的吹出极限分别为0.8、1.35和1.75 m·s^-1,是对应进气条件下燃烧速度的几倍,这表明凹腔具有很强的稳燃能力。数值模拟结果表明,凹腔的斜壁与下游的水平壁面之间的转折点存在很大的速度梯度和剪应力,导致了火焰在高速下被拉断而吹出。总之,有凹腔的微细通道内火焰的稳定性主要由反应区和流场之间的相互作用决定。     

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。     

微小型凹腔燃烧器内甲烷/空气预混火焰特性

对有凹腔的微细通道内甲烷/空气的预混燃烧进行了实验研究,并与无凹腔的情况进行了比较。结果表明,无凹腔时,只出现了稳定或振荡的倾斜火焰;有凹腔时,在很宽的速度范围内火焰均能被有效地稳定,当进气速度接近吹出极限时,火焰锋面发生弯曲和脉动。当量比为0.8、0.9和1.0时有凹腔的微细通道的吹出极限分别为0.8、1.35和1.75 m·s-1,是对应进气条件下燃烧速度的几倍,这表明凹腔具有很强的稳燃能力。数值模拟结果表明,凹腔的斜壁与下游的水平壁面之间的转折点存在很大的速度梯度和剪应力,导致了火焰在高速下被拉断而吹出。总之,有凹腔的微细通道内火焰的稳定性主要由反应区和流场之间的相互作用决定。     

不同风速下双通道燃烧器的着火特性研究

随着新能源的迅速发展,火电机组将频繁处于低负荷运行状态,因此锅炉面临低负荷稳燃的难题。为解决这一问题,研究了双通道燃烧器在不同一次风速下的燃烧特性。通过改变一次风速,强化燃烧器高温烟气的回流,从而提高煤粉的稳燃程度。使用数值模拟的方法,对双通道燃烧器内煤粉着火情况进行研究,得出燃部温度场、速度场、组分浓度分布等的模拟结果,分析得出一次风速为21m/s时,着火距离可调整到280mm。研究结果表明通过调整一次风速,可以明显改善双通道燃烧器的稳燃性能。     

平板狭缝间C_1～C_4烷烃/空气预混射流火焰的燃烧特性

对平行平板狭缝间C_1~C_4烷烃预混射流火焰进行了实验研究,考察了壁面温度、狭缝间距、当量比、燃料种类等对火焰形态和稳定性的影响,并利用高速相机获得了狭缝间的火焰图像。结果表明,随着狭缝间距的减小,火焰经历了稳定、脉动和熄火3个阶段。其中,火焰脉动发生在大于熄火间距的狭小范围内,其脉动频率随着壁面温度的升高而增加。对同一种燃料,当预混气当量比和壁面温度保持恒定时,火焰的脉动频率在脉动发生的区域内保持不变。对比C_1~C_4烷烃预混火焰的脉动频率及脉动火焰持续距离范围,发现甲烷预混火焰的均最小,而其他3种燃料则比较接近。     

平板狭缝间C1~C4烷烃/空气预混射流火焰的燃烧特性

对平行平板狭缝间C₁~C₄烷烃预混射流火焰进行了实验研究,考察了壁面温度、狭缝间距、当量比、燃料种类等对火焰形态和稳定性的影响,并利用高速相机获得了狭缝间的火焰图像。结果表明,随着狭缝间距的减小,火焰经历了稳定、脉动和熄火3个阶段。其中,火焰脉动发生在大于熄火间距的狭小范围内,其脉动频率随着壁面温度的升高而增加。对同一种燃料,当预混气当量比和壁面温度保持恒定时,火焰的脉动频率在脉动发生的区域内保持不变。对比C₁~C₄烷烃预混火焰的脉动频率及脉动火焰持续距离范围,发现甲烷预混火焰的均最小,而其他3种燃料则比较接近。     

预混火焰在平板狭缝中淬熄的数值研究

通过模拟甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄,获得了不同速度预混火焰在不同避面温度不同大小狭缝间距中传播的淬熄距离,研究了预混火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的关系式,并对甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰的淬熄特性进行了比较.