燃料热值对燃气轮机燃烧特性的仿真分析

针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和NO_x排放高的问题,开展了不同负荷下燃料热值对燃气轮机燃烧特性(燃烧稳定性和NO_x排放影响规律)的仿真研究。以某燃气轮机分管型燃烧室为研究对象,在不同负荷下,保持燃料流量、空气流量、大气温度等参数不变,仅改变燃料热值,采用数值仿真方法对燃气轮机设计压力监测点的压力、燃烧室出口温度及NO_x排放数据进行分析。结果表明：负荷区间相同,热值增加,高频段所对应的压力脉动幅值减小,热释放率脉动的高频频率增加,NO_x排放增加;热值相同,负荷增加,高频段所对应的压力脉动频率增加,高频段压力脉动幅值减小,热释放率脉动频率增加,NO_x排放增加。     

天然气锅炉NOx及CO排放控制试验研究

为了响应政府业及民用天然气锅炉达到超低氮排放,要求绝大多数天然气锅炉采用低氮燃烧器+烟气再循环系统的技术路线,实施后普遍出现NO_x、CO含量偏高、炉膛振动较大等问题。借助116 MW天然气锅炉进行试验研究,研究了燃烧器燃料配比、燃烧火焰长度、助燃空气氧含量三个因素对NO_x及CO的影响,并对投入烟气再循环前后炉膛振动情况进行了检测。试验表明:燃烧器燃料内外配比对NO_x、CO生成影响较大,两者呈现相反趋势变化;燃烧火焰长度对NO_x生成影响较大,对CO含量影响较小;助燃空气氧含量对NO_x、CO生成以及锅炉振动影响较大。三种影响因素相比,助燃空气氧含量影响更为突出。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

燃气锅炉轴向空气分级燃烧NOx生成特性研究

通过实验与数值模拟研究了轴向空气分级对甲烷燃烧过程NO_x生成的影响,并在一台45 t/h燃气锅炉上进行了工程验证。结果表明,一次风过量空气系数0.8、还原区停留时间为1 s时,NO_x排放浓度可降低30%。工业现场试验表明联合采用低氮燃烧器、空气分级和烟气再循环等技术后NO_x减排达80%以上。     

微型燃气轮机改烧氨气/氢气混合燃料的数值模拟研究

通过数值模拟对某80 kW微型燃气轮机环形低氮燃烧室进行适当的改造并对其燃烧及NO_x生成特性进行研究。研究结果表明：将烧天然气燃料的燃烧室改烧氨/氢混合燃料,在输出功率相同时燃料体积流量增大,通过增加燃料进气喷嘴的直径来降低燃料的进气速度;当掺氢比为0.3时,该结构的燃烧室燃烧不充分,燃烧效率达不到要求;当掺氢比在0.35～0.5、燃料华白数在19.9～21.7范围内变化时,该燃烧室可以实现高效稳定的燃烧,性能接近燃烧天然气燃料;氨/氢混合燃料中掺氢比增大,则NO_x排放量也快速增大;由于燃料型NO_x排放量占主导地位,该微型燃气轮机燃烧室不能实现低NO_x燃烧,NO_x排放远超国家标准,需要加装脱硝装置才能实际应用。     

氢混天然气燃气轮机加湿低氮燃烧性能研究

为了解贫预混燃烧室天然气掺氢加湿燃烧时的性能变化和容许加湿范围,解决氢混燃气轮机NO_x排放超标问题,以某燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了掺氢比和加湿比对燃烧性能及污染物排放特性的影响。结果表明：燃料无加湿条件下,燃烧室出口CO和CO₂排放值随着掺氢比的增加而减小,较高燃烧温度将导致热力型NO_x排放值增加,掺氢比达到0.2以上时,NO_x排放已超出环保限值;燃料加湿条件下,随着加湿程度增加,燃气出口平均流速及水蒸气组分含量均增加,燃烧筒内全局温度、CO₂和NO_x排放值均降低,CO排放值先降低后增加;掺氢天然气加湿可实现低氮燃烧,考虑到低掺氢工况燃气轮机功率输出效能和高掺氢工况燃烧性能恶化问题,水蒸气加湿量不宜过多,当掺氢比为0.3时,推荐燃料加湿比为0.463。     

旋流燃烧器结构对116 MW立式燃气锅炉低氮性能的影响

利用ANSYS-Fluent CFD软件,采取Realizable k-ε模型和有限速率/涡耗散模型对某116 MW立式燃气锅炉进行数值模拟,该立式锅炉有左右两个燃烧器入口。对比分析了不同旋流数(0、0.54、0.77、1.11、1.67)和左右入口空气不同旋转方向下,燃烧室内中心截面速度矢量分布、温度分布以及轴向不同截面平均温度和NO_x质量分数。结果表明：旋流空气能在炉内形成中心回流区,使得燃料与空气有效混合,燃烧扩散到整个炉膛,随着旋流数的增加,炉膛内中心回流区向入口移动,高温区域也随之向入口方向移动,且高温区域减少,炉膛内整体温度下降,出口NO_x排放从212 mg/m³降低到76 mg/m³,而当旋流数增加到1.11以上时,旋流数大小对炉膛内NO_x的生成和排放的影响将会很小。研究还发现当左入口空气为左旋,右入口空气为右旋时,该燃气锅炉不仅燃烧稳定并且具有较低的NO_x排放。     

1000 MW超临界锅炉一次风烟气再循环特性研究

以某1 000 MW超临界锅炉为研究对象,对深度调峰条件下锅炉一次风掺混烟气的特性进行了试验和模拟研究。基于不同的过量空气系统,提出了2种不同的一次风烟气再循环方案,并建立了相关数值模型。通过低负荷阶段锅炉脱硝装置入口温度和NO_x入口浓度实验值和模拟值的比较,验证了数值模型的正确性和精度。通过数值模型,研究了2种不同掺混方案下炉膛内温度分布以及NO_x排放特性和差异,结果表明：采用一次风烟气再循环能够提高炉膛出口温度,降低出口NO_x浓度,从而提高了深度调峰条件下机组灵活性。研究结果对类似机组的灵活性改造具有参考意义。     

塔式锅炉NOx排放特性调整研究

某火电厂为了在满足机组发电效率的前提下尽可能挖掘锅炉NO_x排放的潜力,对1000MW超超临界塔式锅炉的NO_x排放特性进行了优化调整。结果表明,调整后锅炉的NO_x排放参数有了明显的改善。本次优化调整对今后同类型机组的运行和调整提供了一定的借鉴意义。     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力，通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验，对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期，降低了有效燃油消耗率(BSFC)，减少了发动机传热损失，并降低了CO排放，稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同，但在高稀释率下，相比无稀释燃烧，HC排放升高，NO_x排放降低；相较于EGR，空气稀释对燃烧的抑制更弱，稀释边界更宽，BSFC降低效果更好，CO与HC排放显著更低，未燃损失更低，NO_x排放更高，且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在，但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高，这与排气损失更低有关，此时相较原机，BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%，均比φa为1.40时的降幅更大，证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

污泥掺烧方式对燃煤锅炉燃烧影响的模拟研究

为了确保燃煤锅炉掺烧污泥后炉内燃烧安全稳定并控制NO_x的生成,以国内某典型1 000 MW超超临界燃煤锅炉为研究对象,利用CFD软件计算研究了不同的污泥掺烧方式对锅炉温度场和NO_x生成的影响。结果表明：在燃煤锅炉不同层的燃烧器掺烧污泥,掺烧污泥的燃烧器对应高度均出现了温度的下降和NO_x排放浓度的降低;随着污泥分别由下往上在B,D,F层燃烧器进行掺烧,在炉膛出口处烟温升高,NO_x排放浓度降低;在保持F层燃烧器总热值不变的情况下进行掺烧时,能保证锅炉整体温度水平,掺烧污泥比例越高,炉膛出口烟温越低,NO_x生成量越少;在F层燃烧器掺烧污泥燃烧效果较好,有利于NO_x减排,是最适合污泥掺烧的燃烧器层。     

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围（H₂、O₂组分）耦合废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明：在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH₄排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH₄后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_x排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH₄排放和NO₂/NO_x比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH₄与NO_x     

旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明：在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NO_x排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NO_x排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NO_x排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NO_x排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。     

循环流化床锅炉脱硝新思路

介绍了循环流化床锅炉NO_x产生过程及其特性,阐述循环流化床锅炉脱硝机理以及影响NO_x排放浓度的各种因素,并通过某电厂两台520T/h循环硫化床实施低氮燃烧优化调整所取得的成果,提出了不采用炉外脱硝系统采用一定方式的运行调整,也能够进一步降低循环流化床锅炉NO_x排放浓度新思路。     

过量空气系数对甲醇/柴油反应活性控制压燃发动机性能的影响

对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了甲醇/柴油二元燃料反应活性控制压燃（reactivity controlled compression ignition,RCCI）发动机专用试验台架,系统地研究了最大转矩转速（1 600 r/min）、不同负荷下甲醇替代率和过量空气系数对发动机经济性与排放性能的影响规律。结果表明：中、低负荷下,随着甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率先降低后略微升高,有效热效率先增加后略微降低,排气温度降低;中高、高负荷时,随甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率和排气温度降低,有效热效率升高;负荷率75%下,甲醇替代率为30%时,有效当量燃油消耗率较纯柴油模式平均降低3.8%,有效热效率则平均升高6.7%。不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,NO_x排放和烟度大幅降低,CO₂排放量减少,CO、甲醇和甲醛排放量增加。中、低负荷下,烯烃排放量随甲醇替代率升高而增加,中高、高负荷下则随替代率升高而降低。不同负荷、不同甲醇替代率下,随着过量空气系数减小,CO₂排放量和烟度增加,NO_x和C...     

气化细渣和煤掺烧氮氧化物和二氧化硫排放特性研究

气化细渣热值低、水分高，难以独立稳定燃烧，因此通常将其和热值较高的燃料进行掺混实现燃烧利用。为研究气化细渣和煤掺烧过程中NO_x和SO₂的排放特性，利用管式炉燃烧污染物测试系统，在空气气氛下，使用不同比例的气化细渣和烟煤进行掺烧实验，对燃烧污染物的释放量进行实时监测，并计算燃烧污染物的释放总量。通过实验发现：温度是影响NO_x、SO₂排放量的重要因素，在高温工况下，NO、SO₂的释放量显著提高，NO₂、N₂O的释放量显著降低。燃料中挥发分的含量与NO₂、N₂O的释放量有着密切关系，煤中挥发分含量较高，NO₂、N₂O的释放量也相对较高。整体NO₂、N₂O的释放量远小于NO的释放量，NO_x排放以NO为主。随气化细渣掺烧比例增大，NO、SO₂释放量降低。因此，通过与煤掺烧...     

660 MW机组锅炉稳燃改造方案研究

  目的  为了解决电站锅炉深度调峰过程中出现稳燃差、水动力不稳定、SCR入口烟温过低等问题,锅炉稳燃改造势在必行。  方法  文章以某660 MW火电机组锅炉灵活性改造为例,提出了两种有效的稳燃改造方案,分析了燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响。  结果  两种改造方案均可提升锅炉超低负荷稳燃特性,燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响小,在技术可靠性、施工难度及工作量等方面水平相当,相比之下方案一略优。  结论  两种改造方案经理论验证切实可行,可为同类型机组进行灵活性改造提供技术参考。     

O2/CO2气氛下煤燃烧NOx排放特性的实验研究

利用管式电阻炉在O₂/CO₂气氛和O₂/N₂气氛下对煤粉燃烧过程中NO_x排放特性进行实验,研究在不同停留时间、炉内燃料/氧化学当量比、温度、氧浓度等因素对燃煤过程中NO_x放特性的影响,并对这两种燃烧方式下NO_x的排放特性进行对比。结果表明:在O₂/CO₂气氛下NO_x的生成量要远远低于O₂/N₂气氛下NO_x的生成量。随着停留时间的延长,NO_x沿程释放特性是先增大后减少。随着燃料/氧化学当量比的增加,NO_x排放浓度也呈现出先增加后降低的趋势。随着炉内温度的增加,2种气氛下NO_x的排放浓度均增加。随着氧浓度的提高,NO_x排放浓度增大。     

某电厂旋流燃烧器低氮燃烧优化改造

新型低氮旋流燃烧器具有高效率、低NO_x排放的特点。对某350mw低氮超临界锅炉燃烧器进行改造,燃用无烟煤,锅炉各项指标均达到设计要求,一氧化碳排放浓度不超过100μl/l, NO_x排放浓度不超过300mg/m³,锅炉NO_x排放水平优于同煤质国产锅炉。     

大型火电机组轴流式送风机降速节能优化改造研究与实施

为解决大型火电机组轴流式送风机设计裕量过大导致机组长期低开度运行效率低,以及机组低负荷下锅炉氧量无法调节导致锅炉NO_x排放浓度偏高等问题,本文对降低送风机运行转速的方法进行研究并有效实施,使送风机运行动叶开度增大进入高效区运行,使送风机电流平均下降10 A左右。同时,机组在低负荷下锅炉的氧量也得到了有效控制,改造效果较好,值得推广。