淡一次风扩口角度对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口流场影响的试验研究

在气固两相试验台上采用先进的PDA测试系统对不同淡一次风扩口角度情况下径向浓淡旋流燃烧器出口气相速度、湍动能、颗粒粒径、颗粒浓度分布进行了测量,并分析了淡一次风扩口角度对燃烧器性能的影响,为工程应用和优化设计提供了参考性依据。     

大型循环流化床锅炉炉膛颗粒速度的光学测量

循环流化床锅炉炉膛内的颗粒速度分布对炉内燃烧、传热和受热面磨损均具有重要影响。在一台330 MW循环流化床锅炉炉膛水冷壁上开设测孔,利用水冷激光光纤测枪结合互相关计算对炉膛内的颗粒轴向速度进行了测量,研究了炉膛近水冷壁区的颗粒轴向速度水平分布、“环-核”边界层厚度、颗粒团贴壁下滑速度以及气固相滑移速度。结果表明,炉膛贴壁面位置颗粒轴向速度为负值,随着与壁面距离的增加,颗粒轴向速度逐渐转为正向,颗粒由下降流过渡到上升流动。颗粒“环-核”边界层厚度在0.1~0.2 m,且炉膛下部测点的边界层边界厚度略大于炉膛上部测点,颗粒团贴壁下滑速度均小于1 m/s。炉膛中心区气固相滑移速度为2.05~2.73 m/s,大于单颗粒终端速度。     

600MW超临界循环流化床锅炉炉膛气固流场的数值模拟

利用Fluent软件对某600 MW超临界裤衩腿六分离器循环流化床锅炉炉膛的气固流场进行数值模拟研究.模拟采用双流体模型,分析炉膛颗粒浓度轴向分布,颗粒浓度与轴向速度的径向分布以及六分离器气同流率的不均匀性.结果表明:颗粒浓度的轴向分布呈稀密两相区分布;裤衩腿区内墙有较浓颗粒回流;稀相区颗粒呈双环核分布,中隔墙及前后墙回流明显;中隔墙边壁及间隙区颗粒浓度高于侧墙边壁浓度;悬吊屏屏间隔区域颗粒浓度比悬吊屏外侧区域颗粒浓度低;六分离器中中间位置固相颗粒质量流率高于两边位置,两边位置差别不大.     

径向浓淡旋流燃烧器气固流动特性的实验研究及其对燃烧的影响

在气固两相实验台上采用三维ＰＤＡ系统对径向浓淡旋流煤粉燃烧器及蜗壳燃烧器出口的气固流动特性进行了试验,发现前者在中心回流区边缘附近形成了较高的颗粒浓度,中心回流区中颗粒浓度也较大,后者在中心回流区及边缘附近颗粒浓度较小,壁面区域则较大,分析了两相流动特性对燃烧器性能的影响,并通过工业试验进行了验证,表明径向浓淡旋流煤粉燃烧器是一种同时具有高效,稳燃,低污染,防止结渣和防止高温腐蚀的新一代旋流燃烧器     

水平渐扩管后气固两相流流动特性的试验研究

为研究气固两相流流经水平渐扩管后的流动特性,采用PIV技术对不同粒径固体颗粒、不同气体流量以及不同颗粒入口位置的气固两相流流动工况进行测试。试验发现,在管道截面扩大后,固相的存在明显加快了气相的速度,并且只有一定直径的固相才能使气体获得相对较高的速度;对于同一流量,固相颗粒的入口位置不同,也会对颗粒在管道中的流动速度产生很大的影响。     

循环流化床内稠密气固两相流动的数值模拟

颗粒团聚是稠密气固两相流动中的一个重要现象，该文定义了颗粒团聚合力的概念来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应，对单个颗粒进行了全受力分析，得到了聚合力的线形模型表达式。采用聚合力的线形模型，将两相流场分为稀相区和浓相颗粒团，将颗粒团视为整体离散相，文中数值模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动，得到了床内颗粒团分布、颗粒团大小、床内空隙率、气相速度、颗粒相速度的详细分布，揭示了循环流化床内稠密气固两相流场的规律，以及循环流化床内两相流场的核心—环形流动结构。计算结果与前人实验结果相符并表明，采用该模型及其算法模拟循环流化床内稠密气固两相流动是可行的。     

带有侧边风的气固两相射流混合特性的实验研究

带有侧边风的燃烧器在电厂锅炉中得到广泛应用，侧边风往往布置在一次风射流的背火侧，可以起到防止水冷壁结渣和高温腐蚀的作用。该文通过气固两相模化实验，采用基于光学波动法的激光光纤探针对带有侧边风的燃烧器出口射流的混合特性进行了试验研究，获得了带有侧边风的气固两相射流沿程各截面固相浓度分布规律以及侧边射流的混合特性，试验结果对深入了解气固两相射流的发展规律、平行射流的混合特性以及电厂锅炉燃烧器的设计有指导意义。     

基于蒙特卡罗法的脱硫塔内气固流动数值模拟

用欧拉法处理气相场的同时用基于拉格朗日法的直接数值模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo,DSMC)法处理离散颗粒场,对循环流化床烟气脱硫塔内气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。基于非结构网格进行数值求解,采用四向耦合方法严格地考虑颗粒-流体、颗粒-颗粒、颗粒-器壁间相互作用,并应用高效的非结构网格搜索法,实现气固相间一一映射的耦合作用与反馈。获得了加装导流板组前后,脱硫塔内气固流动特征、轴向速度分布以及固相颗粒浓度分布,同时对影响颗粒停留时间及颗粒碰撞率的关键因素进行了分析。结果证实了调节脱硫塔内多相流动的必要性与有效性;调节后,塔内两相流动及其分布呈理想对称状态,塔内空间得到了充分利用,各粒径档颗粒停留时间比较一致;颗粒停留时间与气相场分布及颗粒物性密切相关;调节后,床内颗粒碰撞率明显低于调节前。     

矩形截面流化床内颗粒运动可视化试验研究

将高速摄影和颗粒图像测速(PIV)技术结合，以空气作为流化介质，0.1~0.65mm透明玻璃珠为床料，对不同截面风速下矩形截面流化床内过渡区和稀相区的颗粒速度分布进行了分析。试验表明：过渡区截面突变造成颗粒的运动流场发生偏转，颗粒横向运动明显增强；稀相区的出口效应和矩形截面的角落效应对截面上的颗粒速度分布有重要影响。越靠近出口颗粒的横向运动越剧烈。出口效应对颗粒横向速度分量的影响要大于对轴向速度分量的影响，横向速度分量是影响稀相区颗粒宏观运动规律的主要因素。截面风速增大，使得测试区域的颗粒速度分布的不均匀性加剧。为减小锅炉磨损，对截面突变区域要使用圆滑过渡，减少不规则区域的存在；选择合理的出口结构和截面风速，同时要考虑角落防磨。     

重力条件对稠密气固两相流动特性影响的数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,考虑颗粒与颗粒之间离散介质特性,应用稠密气固两相流动的欧拉-欧拉双流体数学模型,采用大涡模拟求解气相湍流流动,数值模拟航天环境中部分重力条件和地面重力条件下气-固反应器内稠密气固两相流体的流动行为,得到了颗粒浓度、气相和颗粒相速度以及源于颗粒间碰撞而产生小尺度颗粒脉动强度的详细分布.计算结果表明：重力条件是影响稠密颗粒流体动力特性的重要因素,重力降低有利于在系统中产生非均匀结构和增强小尺度颗粒脉动强度.     

旋流燃烧器中二次直流风速对NO_x生成的影响

对新型低NOx旋流燃烧器,采用FLUENT冷态模拟和冷态试验相结合的方法得出了其冷态空气动力场。通过对新型低NOx旋流燃烧器的轴向速度、气流射程、回流区、射流边界等的分析,得出二次直流风速v=20 m/s时轴向速度衰减平缓且射程最长,回流区面积最大,回流长度狭长,扩展角比较小,不容易产生火焰贴壁和结渣。同时,给出了新型低NOx旋流燃烧器的轴向速度衰减和射流边界的经验公式。     

不同STOKES数和初始条件对炉内固体颗粒弥散的影响

采用Eulerian-Langian随机轨道模型方法，对四角切圆炉膛内不同Stokes数的固体颗粒运动进行了分析。通过对比3种粒径颗粒在燃烧器区、炉膛出口等处颗粒速度、体积分数等，显示出由于惯性、跟随性和湍流扩散能力的差异，在炉内的弥散运动也存在不同特点。文中讨论了颗粒运动特性及差异与结渣和烟温偏差等的关系。另外，通过分析起始于不同一次风口的颗粒轨道，发现由于期烧器区气流变化剧烈，致使不同颗粒在炉膛内飞行距离和停留时间明显不同。模拟结果与3D—PDA测量的颗粒速度进行对比，结果较为吻合。     

分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation，DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟，获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构，模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场，应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动，获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明，射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素，而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象，燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。     

钝体燃烧器火焰变化过程的速度分布特性

实验测量了变工况钝体回流扩散燃烧速度场，定量确定钝体回流燃烧火焰和中心射流主导火焰的转换曲线，分析了燃空速度比对燃烧稳定性的影响。实验中利用粒子图像速度场测量(PIV)技术对不同燃空速度比下的钝体回流扩散燃烧流场进行了测量，考察不同火焰的结构特性及其内部流动状况。由火焰的速度场出发，确定了钝体回流燃烧火焰和中心射流主导火焰的转换曲线。根据测量所得数据发现燃空速度比是决定钝体轴线上最小速度大小及相对位置的主要因素，燃空速度比是决定钝体轴线最小速度与钝体表面距离的重要参数：随着燃空速度比的增加，轴线上最小速度与钝体表面的相对距离先迅速增加，后略有降低，然后再次迅速增加；轴线上最小速度与燃空速度比成线性关系，随着燃空速度比的增加，轴线上最小速度不断增加。     

分级进风燃烧室内湍流燃烧的实验研究

为有效地利用分级燃烧技术，达到高效燃烧和低NOx排放的目的，文中建立了分级进风燃烧室热态实验装置系统。利用三维激光粒子动态分析仪(PDA)，选取空心微珠(粉煤灰)作为示踪粒子，对燃烧室内湍流燃烧的气体瞬时速度场进行了实验测量。同时还测量了该燃烧室内气体平均温度和组分浓度分布。在同一工况条件下，获得了分级进风燃烧室内湍流燃烧的一组完整的实验测量数据。包括气体轴向与切向速度场、温度场、O2、CO2、CO与NO浓度场及轴向与切向脉动速度均方根值和轴向-切向脉动速度关联量分布。     

水煤浆再燃对炉内灰渣沉积的影响

针对1台采用水煤浆再燃锅炉,现场采集了再燃和均等配风2种工况下灰渣沉积样品和对应的飞灰颗粒,X射线衍射仪和扫描电镜及能谱仪分别用来鉴定样品的晶相组成和形貌特性以及部分颗粒的元素组成。结果表明,水煤浆再燃时再燃燃烧器附近颗粒接受到的入射热流较低,煤焦颗粒氧化燃尽时间较长,为煤焦颗粒内部含铁矿物质与其他硅酸盐矿物质相互作用提供了更长的作用时间;再燃产生的局部还原气氛,使得独立于煤焦颗粒的外部黄铁矿颗粒氧化过程延长,中间产物铁硫氧共熔体(Fe-S-O)的存在时间延长;再燃区燃烧器附近矿物质颗粒接受到的入射辐射热流较低,方解石和黄铁矿颗粒的破碎在一定程度上降低,相对于非再燃工况更易生成较大颗粒的铁、钙灰颗粒。飞灰颗粒形貌表明,再燃工况下飞灰大颗粒较非再燃工况下多,且形状更复杂。     

Influence of the technique for injection of flue gas and the configuration of the swirl burner throat on combustion of gaseous fuel and formation of nitrogen oxides in the flame

How the points at which the flue gas was injected into the swirl burner and the design of the burner outlet influence the formation and development of the flame in the submerged space, as well as the formation of nitrogen oxides in the combustion products, have been studied. The object under numerical investigation is the flame of the GMVI combined (oil/gas) burner swirl burner fitted with a convergent, biconical, cylindrical, or divergent throat at the burner outlet with individual supply of the air and injection of the gaseous fuel through tubing. The burners of two designs were investigated; they differ by the absence or presence of an inlet for individual injection of the flue gas. A technique for numerical simulation of the flame based on the CFD methods widely used in research of this kind underlies the study. Based on the summarized results of the numerical simulation of the processes that occur in jet flows, the specific features of the aerodynamic pattern of the flame have been established. It is shown that the flame can be conventionally divided into several sections over its length in all investigations. The lengths of each of the sections, as well as the form of the fields of axial velocity, temperatures, concentrations of the fuel, oxygen, and carbon and nitrogen oxides, are different and determined by the design features of the burner, the flow rates of the agent, and the compositions of the latter in the burner ducts as well as the configuration of the burner throat and the temperature of the environment. To what degree the burner throat configuration and the techniques for injection of the flue gas at different ambient temperatures influence the formation of nitrogen oxides has been established. It is shown that the supply of the recirculation of flue gas into the fuel injection zone enables a considerable reduction in the formation of nitrogen oxides in the flame combustion products. It has been established that the locations of the zones of intensive fuel burnout and generation of nitrogen oxides do not coincide over the flame length, and the ambient temperature has a significant impact on the combustion stability at low values and on the concentration of nitrogen oxides in the combustion products at high values.     

水平浓淡风煤粉燃烧器调节特性的数值模拟及工业性试验研究

采用近流线数值计算方法,对具有复杂喷嘴形状的水平浓淡风燃烧器在四角切圆流场中一次风射流的刚性进行了详细的数值模拟计算,并结合在300MW四角切圆煤粉燃烧锅炉上的应用和工业性试验研究,得出了通过调节侧二次风与一次风的动量比,来调节一次风射流刚性、控制一次风射流的偏斜,进而改善炉内燃烧两相流场、水冷壁壁面附近的烟气气氛,同时实现了防水冷壁高温腐蚀,提高了煤粉的着火、稳燃的燃烧性能的结论。     

炉内喷嘴射流刚性的理论模型及试验研究

为增进对炉内燃烧器射流特性和射流与炉内旋转气流相互作用规律的认识,提出了射流出口初期的刚性假设和射流弯曲应力的概念,并以此建立了射流偏斜的弯曲应力分布模型。同时直接从N-S方程出发,建立了射流偏斜的微元体运动模型。在炉内射流的外界条件相同的情况下,分别对矩形喷组射流,水平浓淡风喷嘴射流和刚性问题进行了理论模型分析和试验研究,得到了影响射流刚性的两个关键因素,即：射流的截面形状和射流的动量,首先,燃烧器喷嘴出口截面的几何形状,它决定射流初期的断面形状,射流截面惯性矩JZ和射流抗弯截面模量WZ的大小,从而决定了射流截面各类弯曲应力的大小和分布,它对影响射流刚性的外因-弯曲应力产生了重要影响,是直播影响射流出口初期偏斜的重要因素。其次,燃烧器喷嘴射流出口动量,是决定射流刚性大小的内在因素,即：射流动量越大,则射流刚性越强,偏斜越小。     

二次风旋流叶片倾角对旋流燃烧器出口单相流场特性的影响

就二次风旋流叶片倾角的变化对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口冷态流场的影响规律进行了研究,研究了叶片倾角对旋转射流旋流强度与二次风阻力系数的影响,得出了不同叶片倾角下出口旋流流场内时均速度和湍流脉动量的分布情况。