新型常温空气无焰燃烧实现技术及特性分析

在介绍了无焰燃烧思想及其常规蓄热式高温空气实现技术的基础上,重点介绍了本课题组发展的常温空气无焰燃烧技术,并对其进行了效率、环保、经济性、安全性和应用范围等特性分析,该技术不但完全保留了高温空气无焰燃烧技术相对于传统燃烧的优点,并且不需要复杂的预热系统和换向机构,避免了燃烧过程的脉动,适用于低排烟温度或含灰量较大排烟的燃料的直接燃烧,具有一定的技术优势和更广泛的应用范围。     

空气预热温度对燃烧状况的影响

空气预热是有效的节能技术,但预热温度的提高同时带来NOx排放浓度增加的问题。为了了解其规律,本文针对某烯烃厂芳烃加热炉的空气预热改造项目,对不同空气预热温度情况下的燃烧状况和NOx排放规律做了研究。首先利用数值模拟方法,构建了加热炉三维几何模型,将燃烧模型和NOx生成模型结合,对不同空气温度下的燃烧温度和NOx排放进行模拟,对炉膛内部温度分布及NOx排放规律做了研究,最后找出空气预热最佳温度。     

无焰燃烧发展及研究现状

无焰燃烧是一种同时具备高效和低排放特点的燃烧技术,然而传统实现无焰燃烧所需的高温预热空气及高速射流两大重要条件,提高了整体工业设备实现无焰燃烧的复杂性,限制了该技术在更广阔领域的发展。本文综述了无焰燃烧燃烧机理与特性的研究发展,并提出了未来可能的发展趋势。分析发现：高温预热空气并不是实现无焰燃烧的必要条件,而通过高速射流提高炉内烟气循环率却必不可少;使用EDC模型结合GRI 3.0反应机理能在数值模拟中得到贴合实验数据的结果;气体、液体及固末燃料均可实现无焰燃烧,使用CH4/H2混合气体实现无焰燃烧可在提升燃烧稳定性的同时依旧保持低排放的特点;炉膛结构可很大程度上影响炉内流场进而影响无焰燃烧效果。因此,研究无需预热的无焰燃烧系统在降低工业成本的同时可增大燃料种类的选择性,通过设计合理的炉膛结构,营造良好的炉内流场在强化无焰燃烧效果的同时可一定程度降低对初始射流速度的要求,研究CH4/H2混合气体的燃烧机理具有十分重要的意义。     

常温空气无焰燃烧中CO生成的研究

研究了常温空气无焰燃烧中CO的生成规律。常温空气无焰燃烧在整个炉膛内同时发生弥散燃烧反应,炉膛内燃烧气混合均匀,燃烧反应稳定。因而CO的生成量低。实验研究和计算分析表明：CO主要生成在离燃烧器喷口约600—3000mm、6400mm的柱状空间内,在柱状空间外的其它区域,燃烧充分,CO几乎为零。过量空气系数与容积热负荷时烟气中CO生成量的影响不大。与传统的有焰燃烧和近代的高温空气无焰燃烧相比,常温空气无焰燃烧中CO生成低,且排放稳定。     

无焰燃烧研究进展及其应用

无焰燃烧具有燃烧温度分布均匀、燃烧效率高、污染物排放低的等优势,是21世纪最有发展前景的燃烧技术之一。综述了无焰燃烧的燃烧特性与判别方法,目前研究中主要以观察火焰锋面的方法为主,烟气内部循环率、温升判定为辅;无焰燃烧的形成与燃烧特性受多方面因素影响,基于已有研究阐述了燃料种类与工况条件对无焰燃烧的影响,分析了气体燃料和固体燃料的无焰燃烧低NO_x排放机理,最后结合现有应用情况展望了无焰燃烧的研究和发展方向。     

锅炉氧煤无焰燃烧技术分析

氧煤燃烧是一种全新燃烧方式,将氧煤燃烧器的表观氧气浓度从30％提高到50％、将O2/CO2混合气改变为纯氧气与再循环CO2烟气分离、将喷嘴速度从50m/s左右提高到200 m/s左右组织炉膛烟气形成高倍率内循环,从而在炉膛内实现高温低氧的氧煤无焰燃烧状态,氧煤无焰燃烧技术能实现煤粉高效燃烧和较低NO浓度排放的统一,锅炉...     

CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响

为探讨CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响,通过实验和数值模拟研究了CO_2稀释率对CH_4、C_3H_8和H_2扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明:随着CO_2稀释率的增大,峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降,峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大,炉内温度分布更加均匀,更有利于达到无焰燃烧状态;相同稀释率下,CO_2稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为:H_2燃烧、CH_4燃烧、C_3H_8燃烧;当CO_2稀释率足够大时,炉内燃烧处于无焰燃烧状态.     

空气预热温度对生物柴油火焰特性影响研究

利用高速摄影法及数字图像处理技术得到生物柴油燃烧火焰图像,并通过Matlab软件求取火焰长度和面积,研究了空气预热温度对火焰形态、长度、面积的影响。实验中共设定了9个空气温度：20℃、80℃、140℃、220℃、290℃、350℃、400℃、450℃和500℃。结果表明：空气预热温度较低时,生物柴油火焰结构分散、主要燃烧区（火焰亮度较高区域）面积较小且连续性差;空气预热温度升高后,火焰结构更紧凑、主要燃烧区面积增大、亮度明显增加、连续性变好。各个工况下火焰长度和面积不是一个定值,而是在一定范围内剧烈地震荡,随着空气预热温度的升高,火焰平均长度和平均面积有相近的变化趋势：先明显减小,再逐渐上升。     

无焰燃烧技术在环形套筒窑上的应用

根据无焰燃烧的技术特点,在环形套筒窑的下燃烧室利用废气余热和窑的结构特点进行无焰燃烧,并在吉林建龙钢铁日产500 t环形套筒窑应用,节能达10%左右。     

预热温度对高温空气/甲烷扩散火焰中NO生成的影响

NO生成机理的基础研究对利用高温空气燃烧技术非常重要.本文以对向流扩散火焰为对象,利用基于详细基元反应动力学模型的燃烧数值解析方法研究了预热温度对高温空气(630～1 800 K)/甲烷扩散火焰中氮氧化物生成的影响.结果表明,随着预热温度的逐渐升高,NO的生成机理发生显著变化,扩散火焰中的NO生成主要由快速型机理控制变...     

常温空气无焰燃烧在燃煤锅炉煤改气中的应用

在燃煤锅炉的炉膛内安装常温空气无焰燃烧反应器,可将燃煤锅炉改造为燃气锅炉。计算表明与其它燃气锅炉以对流换热为主的热交换方式不同,该锅炉强化炉内换热,辐射换热量提高。实测结果锅炉热效率达到92.92%,比改造前提高30%以上,比现有同吨位的燃气锅炉高4%以上。由于锅炉实现了无焰燃烧,反应器温度分布均匀,尾气污染物排放远低于国家标准。     

常风温无焰燃烧燃气锅炉特性的数值模拟研究

介绍了常温无焰燃烧技术在燃气锅炉上的应用,建立了炉膛内流动与传热的数学模型并进行了数值计算,给出了温度场和NOx浓度场分布。发现增大过量空气系数可以降低炉膛最高温度及平均温度,减小生成的NOx浓度。当过量空气系数为1.05时,锅炉热效率达到最高值,超过98%。当锅炉热负荷低于20%时,炉膛内燃烧方式接近传统有焰燃烧;当锅炉热负荷高于20%时,炉膛内燃烧方式为无焰燃烧,炉膛内温度分布均匀,NOx生成量极低,排放稳定。     

燃气轮机无焰燃烧技术的研究进展

燃气轮机无焰燃烧具有分布式火焰、低压力波动、低污染排放等特性,总结了氧化剂温度、氧浓度和烟气循环率对无焰燃烧效果的影响,以及无焰燃烧的多燃料适应性,给出了适合无焰燃烧数值模拟的燃烧模型,归纳了产物的停留时间和燃烧室尺寸对污染物排放的影响;对国内外出现的燃气轮机无焰燃烧室进行了总结和可行性分析,指出了下一步的研究重点是液体燃料无焰燃烧的基础研究和应用研究。     

高风温无焰燃烧及其火焰特性的实验研究

对丙烷的高温低氧空气燃烧及其火稳特性进行实验研究,并对其工业应用进行探讨。研究表明：在助燃气流温度高于800℃,含氧体积浓度低于15％的条件下燃烧,火焰体积明显增大;火焰边缘无稳定形态,火焰亮度减弱,颜色明显改变,含氧浓度越低,稳定燃烧所需助燃气流温度也越高。该种燃烧工业应用的关键在于有高效蓄热体吸收同炉高温烟气显热以产生高温空气,同时组织炉内氧浓度气流。     

常温空气非对称射流MILD燃烧特性实验研究

比较了不同的燃烧器结构后设计了非对称射流燃烧器,并通过实验研究了非对称射流燃烧器的射流速度、喷嘴角度对常温空气MILD燃烧的影响。结果表明:丙烷流量在0.4~0.8m3/h、空气流量在11~22m3/h都可以达到MILD燃烧状态;增大射流速度,减小喷嘴角度可以使温度峰值降低,温度分布更均匀,MILD燃烧更稳定,效果更好,NOx排放量大大减小,达到了"近零排放"。     

生物质气化燃气无焰燃烧的实验研究

在自行设计的无焰燃烧系统中探究了生物质气化燃气无焰燃烧的温度场、污染物排放等特性,研究预热温度(950 K、1 000 K、1 050 K、1 100 K)、当量比(0.45、0.60、0.75、0.90)、不可燃成分组成(BGG1～4)对燃烧特性的影响,并找到最优运行参数.结果表明,生物质气化燃气无焰燃烧时具有传统燃料类似的均匀温度场和低污染排放,但是整体温度更低,污染物排放更低.预热温度、不可燃成分、当量比等因素由高到低影响燃烧的热效应.最优的运行参数为:预热温度1 100 K,当量比0.9;不可燃成分组成BGG1为60%N2+5%CO2.     

过剩空气系数对多种燃气燃烧温度影响的分析

钢铁企业炼钢过程中产生数量众多的焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和COREX煤气等各类燃气,燃气燃烧温度受燃气燃烧的过剩空气系数、空气和燃气的被加热温度等因素影响很大.空气和燃气温度均被加热到400℃时,各种燃气的燃烧温度显著提高,对于低热值高炉煤气燃烧温度提高约200℃,达到1580℃.同一燃烧设备当燃用燃气种类发生变化...     

过剩空气系数与富氧燃烧对理论燃烧温度影响的数值计算

采用计算流体力学软件FLUENT,对一个圆筒形燃烧器进行仿真,建立数学模型,通过改变边界条件空气流速及空气中含氧量从仿真结果中,得出过剩空气系数和富氧燃烧与理论燃烧温度之间的关系,结果与相关文献的实验数据吻合。