天然气锅炉分级柔和燃烧模拟研究

燃气锅炉在我国应用广泛,随着煤改气的进行,应用越来越多, NO_x排放标准也越来越严格。降低NO_x的排放有利于减少空气污染。以小型天然气柔和燃烧炉膛为研究对象,通过数值模拟的方法研究燃料分级下的柔和燃烧特性,分析在不同当量比、不同热强度条件下轴向分级对炉膛烟气中NO_x生成的影响。结果表明,给定条件下柔和燃烧分级带来的NO_x减排收益随着二级燃料量的增加而减小,当二级燃料量在15%左右的时候可以最大程度地优化温度场分布,降低燃烧峰值温度,获得比较好的NO_x控制效果。随着当量比和热强度的提高,燃料分级带来的收益也会变大。     

燃料掺混方式对天然气柔和燃烧器燃烧性能的影响研究

燃气轮机在更高参数下的低污染排放限制和宽工况范围稳定运行的需求,对燃烧室燃烧提出了新的要求。柔和燃烧作为一种新型燃烧技术,具有燃烧稳定和污染物排放低的优势。高速射流引射掺混是实现柔和燃烧所需条件的一种可行方式。本文主要研究不同燃料掺混方式对柔和燃烧器污染物排放和稳定工作范围的影响。在前期工作基础上设计了可实现燃料不同掺混方式的天然气柔和燃烧器。在常压条件下,通过实验研究了不同当量比、不同燃料/空气掺混方式下天然气柔和燃烧器的污染物排放,并研究了不同掺混方式对燃烧贫燃极限的影响,通过OH~*自发荧光、OH平面激光诱导荧光测量和数值模拟对反应区和流场结构进行了观察和分析。实验结果表明,在相同当量比下,全预混模式下的NO_x排放最低,全预混模式下稳定燃烧的贫熄火当量比为0.57;扩散模式下NO_x排放相对高,但贫熄火当量比可低至0.15,燃烧稳定范围更宽;混合模式下污染物排放水平介于预混和扩散模式之间;非预混模式下较好的贫燃火焰稳定性得益于燃烧室头部扩散燃料周围形成的低速稳定反应区。     

天然气柔和燃烧锅炉结构参数影响模拟研究

在天然气锅炉中引入柔和燃烧技术将大大降低NOx排放,高速未燃气卷吸高温烟气回流并与之快速掺混再燃烧是柔和燃烧的重要特征,因此,开展天然气锅炉关键结构参数优化设计以组织流场形成柔和燃烧所需的高温低氧反应气氛非常必要。基于天然气锅炉的工况特征,设计了热负荷15kW的模型燃烧室,采用数值模拟手段详细研究了燃烧室高度、喷嘴孔径、喷嘴相对位置及烟气出口尺寸对燃烧室流场、组分场及关键参数——烟气回流比的影响规律,并最终确定了燃烧室结构优选方案,对天然气锅炉柔和燃烧机设计提供理论基础数据。     

分段多孔介质燃烧器二次进气燃烧排放研究

对从中间段——燃烧管中上游段多孔泡沫陶瓷与下游段多孔泡沫陶瓷之间的一段间隙结构 ,引入二次空气的多孔介质燃烧器的 CO和 NO排放浓度进行了实验测试 ,较系统地研究了化学当量比、混合气流率和不同比率二次空气对天然气 /空气燃烧排放的影响。结果表明 ,加入适当比率的二次空气 ,不仅能够在相当宽的流速范围内使火焰很好地稳定在中间段 ,而且能得到低水平的 CO排放浓度 ,特别对较低当量比效果更为明显。同时 ,当火焰定位在中间段或近旁时 ,在化学当量比为 0 .4 5～ 0 .8范围内 NO的排放值能够低于 6× 10 - 6 ,达到了很理想的低排放水平     

低排放分级燃烧器中CH4燃烧特性

烟气回流是实现柔和燃烧的手段,为精确控制回流比例,建立了分级燃烧器,实验研究了回流比例、当量比对CH4柔和燃烧火焰形态和NO、CO排放的影响。当量比为0.8,回流比例为0.6～0.7时实现柔和燃烧,反应区分散不分层,烟气中NO和CO体积分数分别小于1.2×10-5和4×10-5;回流比例过小时发生扩散燃烧,过大时燃烧不稳定;NO排放主要在烟气发生区产生。回流比例为0.6、当量比为0.6～0.8时,射流和主流有效掺混并伴有火焰抬升,实现柔和燃烧;相同当量比时,分级燃烧的NO排放较旋流扩散低,当量比0.8时,分级燃烧相对旋流扩散减排NO达44%。     

分级燃烧低氮燃烧器的数值模拟与结构改进

对基于分级燃烧技术的8 MW和15 MW燃气低NOx燃烧器开展了数值模拟,分析了 35％、70％和100％额定负荷三个运行工况下燃烧器温度场、组分浓度场和NOx排放量等特性.燃烧器在各模拟工况下均表现出较好的燃尽特性和低于30 mg/m3(3.5％02浓度换算)的NO,排放量.针对15 MW燃烧器满负荷工作时炉膛前端近...     

200MW锅炉空气分级低NO_x燃烧改造实验研究

针对北京地区某电厂200 MW燃烟煤机组进行低NOx燃烧系统改造,采用了燃尽风(OFA)与水平浓淡低NOx燃烧器相结合的立体分级燃烧低NOx燃烧系统.改造后氮氧化物(NOx)排放浓度有明显改善,采取均等配风方式时,下降幅度达45%～60%;采取合适的燃尽风喷口水平摆动角度,可有效缓解炉膛出口烟温偏差,偏差可控制在50℃范围内;在NOx排放量得到明显改善的同时,锅炉效率提高1%左右.改造后任一工况下的NOx排放浓度均低于400 mg/m3,同时为尾部烟气脱硝(SCR)装置提供更为经济的入口条件.     

高温空气燃烧技术

高温空气燃烧技术是一项燃烧领域的高新技术。具有不同于传统燃烧技术的新特点。燃料在1200℃高温空气和氧浓度约5％的炉内环境中燃烧，达到高效低污染物排放的要求。本文简要介绍了该技术的基本原理和其中的关键技术，以及最新的低NOx高温空气燃烧器。     

旋流燃烧室内分级进风对燃烧污染物生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室试验装置.在此试验装置上分别对天然气和煤粉进行了湍流旋流燃烧的试验研究.在保持过量空气系数和旋流数不变的条件下,采用不同分级进风比率时测量了燃烧室内烟气的时均温度场、O2、CO和NO浓度场的分布,并分析讨论了分级进风率对旋流燃烧室内湍流燃烧及污染物生成的影响.结果表明:在天然气燃烧过程中,加大二次旋流风率可减少NO的生成;在煤粉燃烧过程中,加大二次旋流风率会增加NO的生成.     

燃气轮机燃烧室柔和燃烧热力学与燃料条件的计算分析

本文通过零维数值模拟,对基于烟气循环的不同级别燃气轮机燃烧室中实现柔和燃烧的条件进行了计算分析。结果表明燃气轮机燃烧室柔和燃烧主要受回流烟气和燃料、空气的混合物温度的影响,烟气回流起到缩短混合物点火延迟时间的作用。由于不同燃料和不同负荷条件下混合物自燃温度变化不大,柔和燃烧具有较好的燃料适应性和变负荷性能。分析还表明未完全反应的烟气不会影响柔和燃烧工况范围。     

分级进风旋流燃烧室内湍流燃烧的数值模拟

应用考虑湍流-化学反应相互作用的代数二阶矩-概率密度函数(PDF)湍流燃烧模型,对分级进风旋流燃烧室内两组工况下的甲烷湍流燃烧进行了数值模拟,得到的二氧化碳浓度和气体轴向脉动速度均方根值分布与实验数据相符合,得到的气体轴向和切向速度、轴向一切向脉动速度关联量、温度和氧气浓度分布与实验数据基本相符合.研究结果表明,选取适当的二次风率可以起到优化燃烧过程的作用.     

燃烧室内自激励振荡燃烧的数值研究

采用数值方法研究了Langhorne型燃烧室内自激励燃烧驱动振荡的不稳定现象．应用非稳态雷诺平均法、雷诺应力紊流模型和涡团耗散燃烧模型,捕获了该类型燃烧室内两种当量比条件下的不稳定燃烧特性．数值模拟结果给出振荡燃烧发生时燃烧室内的压力振荡频率和幅值,并同实验结果进行了比较．证明了在两种当量比下分别存在着“强振荡”和“弱振荡”,并给出了两种当量比条件下不稳定燃烧时火焰的周期影像,详细分析了振荡发生时燃烧室内的火焰发展情况．     

空气分级对燃烧室燃烧及污染物排放的影响

燃烧气体燃料的工业用直流式燃烧装置为射流进气，采用空气轴向分级的燃烧组织方式，使用多孔板火焰稳定器稳定火焰．实验在一定的燃料流量和一定的空气总量下，改变两级空气的配比，采用testo360烟气分析仪分别测量燃烧室出口截面的温度、NOx和CO的排放量．通过对两级空气不同配比情况下燃烧室出口截面温度、CO和NOx排放量的分析，得到两级空气不同配比对燃烧和污染物排放影响的规律．此外，初步探讨了一级燃烧区长度对燃烧和污染物排放的影响．     

分级预混燃烧的稳定性

简要阐述了发生振荡燃烧的机理,并且用线性分析方法对某分级燃烧室在低负荷和满负荷两种工况下的流场,以及设计工况和非设计工况下的燃烧特性进行了分析.结果显示,不同工况下不同燃烧方式会影响系统的模态及其稳定性.在非设计工况下运行时,火焰的轴向位置和燃烧放热的变化也对系统稳定性产生影响.这些结果可以帮助我们尽可能选择在稳定的条件下运行,防止可能出现振荡燃烧的情况,实现燃烧系统在全工况下安全、高效、清洁地运行.图21参9     

燃气轮机催化燃烧室的实验研究

介绍了预混和催化燃烧相结合的燃烧室原理,对此种燃烧室进行实验研究,分析了影响催化燃烧的主要因素。预混与催化燃烧相结合能延长催化剂的使用寿命,改善燃烧室的可靠性,更经济地降低燃气轮机ＮＯｘ的排放。     

中心分级燃烧室旋流角变化对燃烧特性的影响

实验研究了一种中心分级燃烧室值班级旋流角变化对燃烧性能的影响。采用了单头部单管式燃烧室,值班级一级旋流器旋流数分别为0. 63、0. 72和0. 93,实验研究了采用不同旋流数时燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放和燃烧效率等燃烧特性。实验结果表明:旋流数变化对燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放及燃烧效率等有很大影响;旋流数及一级旋流器和二级旋流器的旋流数差值增加后燃烧室的点火和慢车贫油熄火特性得到改善。一级旋流器旋流数的增加会导致污染物排放的增加及燃烧效率的下降。     

外二次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室实验装置。在此实验装置上分别对天然气进行了湍流旋流燃烧的实验研究。在保持过量空气系数不变的条件下,测量了在不同外二次风旋流数下,燃烧室内烟气的时均温度场,O2,CO2,CO和NO浓度场的分布。由实验结果分析讨论了二次风旋流数对旋流燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

The Reduction of Thermal Nitrogen Oxides (NOx) Emission Using Staged Combustion in Furnace

The experimental study described in this paper is to investigate the control of thermal nitrogen oxides emissions from a 2.28 MW gas-fired test furnace. Tests, including changing axial or radial air flow rate, adding cooling water, and adding staged air, were performed to characterize and op(imize the fuel-rich burning zone and the fuel-lean burnout zone independently. Detailed measurements of O_2, CO_2, CO, NO and NOx were made at the fuel-rich burning zone and furnace exit. The influence of forming CO, NO and NOx was examined. Results indicated that adding staged air in the fuel-rich burning zone (75 cm from burner) will reduce the mawximum NO and NO_x emissions. Adding cooling water in a right position may further lower the NO and NO_x emissions. In addition, the least formation of thermal nitrogen oxides in the first stooge fuel-rich bunting zone will occur at the stoichiometric ratio's inverse value, (φ_1)~(-1), 0.65 to 0.7.