9E燃气轮机LEC-Ⅲ燃烧室预混模式的数值计算

采用数值模拟方法对LEC-III燃烧室的燃烧流场进行数值模拟,分析了预混模式下火焰筒内速度分布、温度分布和组分分布.结果表明:在预混模式下,火焰筒通过二级燃料喷嘴旋流器和中心体旋流器形成回流来稳定火焰;中心体旋流器控制了火焰范围,这对组织二级燃烧区的火焰燃烧非常重要;随着吹扫空气质量流量的增加,NO体积分数逐渐减小;模拟计算得出的NO体积分数与试验值接近,且两者的变化趋势一致.     

9E燃气轮机贫-贫模式燃烧及NOx排放特性研究

采用数值模拟方法对9E燃气轮机LEC-III低氮燃烧室在贫贫模式下的燃烧特性进行计算,分析了流场、温度场和污染物NOx的生成规律,比较不同燃料分配比对NOx排放的影响。结果表明：在贫贫模式下,一级燃烧区、二级燃烧区均有高温火焰,呈现部分预混部分扩散的燃烧特性,NOx排放浓度达到78.9ppm,与运行试验值吻合较好;燃烧室内形成3个流场回流区,有助于增强高温烟气掺混和火焰稳定性,文丘里组合件处的流速最高,可以防止回火;燃料分配比对二级燃烧区的NOx生成影响显著,其最佳值在70%～75%范围时,达到NOx排放最低且燃烧火焰分布合理。     

600 MW W型火焰锅炉拱上二次风低NO_x燃烧特性的数值模拟及优化

对一台600,MW W型火焰锅炉拱上QA/QC(A层二次风总流量与C层二次风总流量之比)二次风不同比例对锅炉燃烧及NOx排放影响进行了数值模拟,并对A、C二次风开度进行了工业试验研究.模拟结果与试验结果符合较好,模拟研究结果表明,随着QA/QC二次风比例减小,炉拱区域回流区增大,煤粉气流着火距离缩短,燃烧稳定性增强,下炉膛区域火焰充满度提高,平均温度增加;炉拱煤粉火焰下冲深度增加,煤粉燃尽率增加,飞灰含碳量降低;而在拱下着火及燃烧区的空气分级程度减弱,NOx生成和排放量增加.工业试验表明,增加A风开度时,尽管机械不完全燃烧损失减小,锅炉效率有所增加,但NOx排放量明显增加.随着炉拱C二次风开度的增加,不仅锅炉效率降低,NOx排放量也明显增加.兼顾燃烧设备安全性、建议在同类型锅炉优化运行时,尽量将A风及C风开度设置在10%,以下,有利于提高运行经济性和降低NOx排放量.     

重型燃气轮机燃烧室设计与试验研究

完成了用于110MW级重型燃气轮机的干低排放燃烧室的设计和第一阶段试验验证。燃烧室采用轴向分级的贫油预混燃烧技术降低NOx排放,将火焰筒头部分为环形区、预混区和扩散区三个燃烧区。单管燃烧室全尺寸中压试验结果表明：在第一种工作模式下,燃烧室的总压损失、起动点火、燃烧效率、出口温度分布、压力脉动和火焰简壁温均满足设计要求,但NOx排放超过设计要求。受周期和试验条件限制,第二种工作模式下的NOx排放试验尚未完成。     

非设计配风条件W火焰锅炉NO_x排放特性分析

配风方式是影响煤粉燃烧过程NOx排放的关键因素。对非设计配风条件下W火焰锅炉NOx排放特性进行深入研究具有重要意义。应用CFX-TASCFLOW软件对一台现役300MW机组W火焰锅炉进行了数值模拟,利用现场运行数据验证了基础工况数值模拟的准确性。进行了18种非设计配风工况炉内燃烧数值模拟,计算与分析结果表明:前后拱上一次风量比在大于5∶6与小于6∶5范围内变化时,前后拱一次风量偏差对NO生成有显著影响,一次风速增加使得NOx的排放浓度降低。     

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。     

W型火焰锅炉SNCR过程的数值模拟

W型火焰锅炉,由于燃烧方式和所燃劣质煤种等原因,尾部烟气中NOx的含量大大高于我国环保规定要求.目前的低NOx燃烧技术都不能使其NOx排放量降低到规定范围.随着形势的发展对W型火焰锅炉必须考虑进行尾部烟气脱除NOx,而SNCR技术较为可行.本文针对这一问题利用国际大型计算软件CFX-TASCFLOW对某300MW 型火焰电站锅炉进行了SNCR过程数值模拟.经模拟合理的选择设置了SNCR喷口,分别对SNCR设置前后的炉内燃烧过程的速度场、温度场和NOx浓度分布等进行了准确的数值计算,得出了合理的结论,对采用SNCR技术给予指导.     

高温空气燃烧中燃气/空气速度比对NOX生成的影响

尽管高温空气燃烧技术被广泛地应用于工业炉中,但对高温空气燃烧的火焰特性以及氮氧化物生成机理还不是很清楚.研究目的是使用数值模拟方法来分析燃气/空气喷射速度比对NOx生成的影响.结果表明随着燃气/空气喷入速度比的增大,火焰峰值温度略有上升,但炉内温度分布趋于均匀,NOx的排放量从Vfuel/Vair=0.6时的202×10-6(3%O2)下降到Vfuel/Vair=2.4的111×10-6.另外进行了非稳态燃烧过程数值模拟,表明仅在烧嘴换向瞬间,火焰峰值温度波动较大,而炉内平均温度和NOx的排放量波动不大.     

液体燃料高温低氧燃烧的数值模拟研究

结合一种新型的高温低氧燃烧炉的设计，对液体燃料的高温低氧燃烧进行了数值模拟．利用Fluent软件，考察了液体燃料在这一技术下的燃烧特性，并且给出了NOx排放特性．结果表明，高温低氧空气燃烧技术具有NOx排放极低，炉膛内温度分布均匀等优点．同时计算可知，回流阀所造成的回流区不仅能使火焰稳定，而且还能起到降低氧浓度的作用。     

新型燃烧模型在柴油机燃烧模拟中的应用(下)

将每个计算单元分为燃料区、空气区和混合区3个区域,在火焰传播方向上又将每个区域分为已燃区和未燃区,建立了柴油机的三区相关火焰燃烧模型,利用该模型对超多喷孔柴油机和传统柴油机缸内燃烧过程进行三维数值模拟,不仅得到了与试验值相符的气缸压力、NOx和SOOT排放量等结果,而且获得了柴油机缸内混合气的浓度场、温度场、NOx质量...     

新型燃烧模型在柴油机燃烧模拟中的应用(上)

将每个计算单元分为燃料区、空气区和混合区3个区域,在火焰传播方向上又将每个区域分为已燃区和未燃区,建立了柴油机的三区相关火焰燃烧模型,利用该模型对超多喷孔柴油机和传统柴油机缸内燃烧过程进行三维数值模拟,不仅得到了与试验值相符的气缸压力、NOx和SOOT排放量等结果,而且获得了柴油机缸内混合气的浓度场、温度场、NOx质量...     

射流参数对高温空气燃烧影响的数值分析

利用fluent流体软件对一种蓄热式烧嘴燃烧性能的影响因素进行了数值分析。研究发现,适当控制预燃室内一次空气的喷入量,可增大火焰体积和温度的分布数值,增强炉温分布的均匀性和降低NOx排放;对比一次空气和煤气单预热时温度场的变化发现,煤气单预热时,火焰长度长,温度高;当两者双预热时炉膛整体温度显著增大;比较煤气和一次空气不同预热方式下炉温的均匀性,双预热时最好,不预热时次之,单预热时最差。     

某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟

对某重型燃气轮机的燃烧室分成火焰筒头部、全尺寸火焰筒、过渡段三部分进行了热态的数值模拟研究。对火焰筒头部采用轴向旋流器、不等间距喷燃孔等结构的燃烧室进行计算,得到了燃烧室的三维流场分布及温度分布。研究了旋流器安装角变化对燃烧性能的影响。计算结果很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,为重型燃气轮机燃烧室的设计开发提供了重要参考。     

旋流器和射流孔流通面积对燃烧室流场及温度场影响的数值研究

针对微型燃气轮机机组中燃烧室总压损失较高的问题,利用ANSYS Fluent软件对火焰筒内部的流场和温度场进行了数值模拟研究,分析了增大火焰筒旋流器及射流孔的流通面积前后,火焰筒内轴向速度、切向速度、回流区、壁面温度和出口温度分布等的变化规律。结果表明:同时增大旋流器、主燃孔和掺混孔的流通面积,分别增大21%、40%和44%,总压损失由6. 34%降至3. 97%,但会引起火焰筒内回流区范围减小,掺混效果降低和燃烧不稳定等问题。     

当量比对锥形燃烧器火焰稳定位置影响

为了探究当量比对锥形燃烧器头部火焰稳定位置及排放特性的影响,采用数值模拟方法对锥形燃烧 器的流动与燃烧特性进行研究。分析讨论了当量比从0. 54增加至0. 78时燃烧器头部的火焰锋面位置与高 温区温度的变化规律,以及不同当量比下火焰指数、NOx与C0排放量的变化趋势。研究结果表明,速度分布 与回流区特征随当量比升高未见明显变化。随着当量比升高,高温区的最高温度逐渐升高,火焰稳定位置向 燃烧器内部移动。当量比增加至0.66时开始发生回火,继续增加当量比时高温区贴近锥形燃烧器头部壁面 与喷嘴,有烧毁燃烧器的危险。NOx排放量随当量比增大而增大,当量比从0. 54增加至0. 66时,NOx排放量 缓慢增加,当量比继续增加至0.78过程中,NOx排放量迅速增加,NOx排放增加了 32.4倍。C0排放量随当 量比的增大先减小后增大,并在当量比为0.66时达到最小值     

不同氧气浓度下CH4旋流燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种新型强制鼓风式燃烧器在不同O2浓度下的燃烧特性进行了研究,O2浓度分别为21%、23%、25%、27%、29%和31%。对燃烧器测试炉的炉膛内部温度分布和NOx生成情况进行了分析,并通过实验验证了模拟方法的准确性。研究结果表明:随着O2浓度的增加,测试炉膛内部火焰温度升高,炉膛温度分布均匀性变差,火焰最高温度位置前移,火焰整体长度增加,测试炉膛内部NOx浓度相应升高;当O2浓度低于27%时NOx的增长速率较为缓慢,当O2浓度高于27%时NOx的增长速率变大。因此,对于该燃烧器将O2浓度控制在27%以下可以有效地减少NOx的排放。     

基于试验载荷的某重型燃气轮机结焦积炭模拟

燃烧室燃油壁面结焦和燃烧积炭能对燃烧性能和寿命产生严重不良影响。基于某重型燃气轮机4种功率下燃烧载荷的火焰筒壁面测温漆试验结果,数值研究了壁面燃油结焦和积炭特性。用UG软件进行实体三维建模;用气相Realizable k-ε湍流模型、燃油颗粒Lagrange随机轨道模型、EDC燃烧模型和碳烟生成模型等模拟两相湍流燃烧反应流;采用压力-速度耦合SIMPLE算法和二阶迎风差分离散格式,计算分析了燃油颗粒分布与热壁面结焦、燃烧传热、火焰筒壁温分布和碳烟沉积。模化并分析了壁面同时发生的结焦和积炭特性及其影响因素。模拟结果与相关试验基本符合,为降低壁面的结焦积炭和改进燃烧室设计提供了理论依据。     

燃气轮机低热值合成气燃烧室内三维湍流流动的数值模拟研究

对GE-F101型工业燃气轮机环形燃烧室燃用甲烷和低热值合成气的燃烧性能进行了数值研究,采用标准κ-ε湍流模型和涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室在不同燃料条件下的流场特性进行了数值模拟,并对燃烧室内的流场结构、温度分布、火焰结构及NOx分布进行了分析与比较;在此基础上对原燃烧室进行了一些改造.结果表明:随着燃料热值的降低,燃料射流速度增大,燃料和空气的混合程度减弱,燃烧稳定性降低,燃烧室内最高温度降低,NOx排放量减少;通过增大燃料喷嘴口径和增加旋流器的旋流数,可在一定程度上改善燃烧室内流动结构,增强燃料和空气的混合程度,因而提高了燃烧稳定性.     

220t_h锅炉再燃改造的数值模拟

为了对锅炉进行再燃改造,借助Fluent 6.3软件平台,采用数值模拟的方法,对某电厂一台220 t/h四角切圆燃烧锅炉再燃改造前后炉内的气流场、温度场和污染物排放特性进行了分析,并对再燃区过量空气系数对再燃改造效果的影响进行了探讨。湍流模型分别采用了realizable k-εmod-el和大涡模型(LES),并对模拟结果进行了比较;LES模拟和结果与现场的实验数据进行了对比验证,包括温度场、组分场和NOx,LES数值模拟结果与实验结果吻合比较好。计算结果表明:使用再燃改造后炉膛温度分布更加均匀;再燃喷口附近形成了还原性气氛,降低了NOx浓度;当再燃区过量空气系数为0.90时,再燃效果最佳,此时炉膛出口处NOx浓度下降33.87%;LES模拟结果较realizable k-εmodel准确。     

船用低速二冲程柴油机燃烧与排放数值模拟研究

使用CFD软件对一台船用低速二冲程柴油机额定工况点缸内喷雾、燃料着火和燃烧过程、排放物NOx浓度分布及生成总量进行了数值模拟研究。模拟所得压缩压力和最高燃烧压力与实测值基本一致。在额定工况点运行时,柴油机预混合燃烧比例很小,基本呈现单峰状的扩散燃烧特征;燃烧放热初始时刻在上止点附近,整个燃烧持续期约为45℃A。同时,计算所得的NOx生成总量与实测值存在19.15%的偏差。