分解炉内混煤燃烧最佳三次风速的模拟研究

针对某公司5500 t/d三喷腾分解炉内混煤燃烧效果不佳的问题,利用FLUENT软件,采用二步竞争反应模型及二混合分数方法,对炉内不同三次风速下的速度场、温度场及组分场进行模拟研究,得到了三次风对混煤燃烧的影响规律,并对模拟结果进行了验证. 结果表明,二混合分数方法模拟结果符合混煤在分解炉内的实际燃烧情况;三次风速为26 m/s时,混煤的主要燃烧区域占分解炉的2/3,煤粉燃烧的最高温度为1940 K,煤粉的燃烬率为95.45%,分解炉内的温度分布满足生料分解的要求,避免了结渣.     

扩散过滤燃烧火焰特性

扩散过滤燃烧是新的燃烧技术,具有扩散燃烧和预混过滤燃烧的某些特性。通过二维双温模型,使用单步总包反应,数值研究氮气稀释的甲烷和氧气同轴同平板扩散过滤燃烧特性。模型中考虑热弥散和组分弥散效应。研究小球直径、气体混合物速度和甲烷质量分数对火焰高度和火焰形态的影响。结果表明,与预混过滤燃烧不同,气体和固体高温区存在于燃烧器的不同位置;而在高温区域之外,气体和多孔介质固体的温差很小。当填充床小球直径从6.66 mm减小到2.02 mm,火焰高度从0.048 m增大到0.12 m。增大混合物速度,甲烷的质量分数导致火焰变宽,火焰高度增大。数值模型的有效性得到了实验验证。     

燃烧器不同因素对燃料转化率影响的数值计算

随着天然气、煤层气的不断开采和广泛应用,对甲烷-空气非预混燃烧特性的研究显得尤为重要.基于涡耗散理论,采用有限容积法建立组分燃烧与输运控制方程,针对长2 m,直径为0.9 m的圆筒形燃烧器内甲烷-空气非预混燃烧过程进行数值计算.分析了组分不同入口流速、温度对燃烧过程燃料转化率的影响.结果表明:随着空气入口流速的不断增加...     

钝体燃烧器在烟气再循环条件下的燃烧模拟

研究了钝体燃烧器内煤粉在高温烟气助燃下的着火特性。首先对燃烧器及一维炉进行建模并划分网格,然后对该燃烧系统进行燃烧数值模拟。通过改变烟气温度及烟气速度来观察着火距离的变化,测量计算不同工况下的着火距离,并对计算结果进行数据处理,分析着火距离的变化趋势,从而得出最佳燃烧工况。研究发现,当烟气温度为1000K、烟气流速为14m/s时,着火距离最短,为139.2mm,且温度场等均具有良好的对称性。研究结论表明在烟气质量流量一定时,升高烟气温度也能够缩短着火距离,并能够提高炉膛整体温度水平以及改善炉内各成分的分布,对于煤粉的燃烧及稳燃有着促进作用。     

膜蒸馏过程的CFD模拟

文章基于膜蒸馏热质传递机理建立了二维CFD模型。利用商用CFD软件FLUENT模拟了平板膜组件中的膜蒸馏过程,模拟结果与文献实验值较吻合,相对平均偏差为6.0%。利用所建CFD模型,模拟了不同料液温度、浓度及流速下的膜蒸馏过程。通过分析不同操作条件下的渗透通量变化、膜组件内的温度场和浓度场分布及过饱和度分布,确定了膜蒸馏过程的适宜操作条件:对于较低浓度进料(即料液侧进口Na Cl质量分数为0.15),可采用低流速(0.02~0.06 m/s)操作条件;而较高浓度料液的浓缩(即Na Cl质量分数为0.25)时,应采取高料液侧流速操作(≥0.07 m/s)以避免膜表面Na Cl过饱和结晶析出影响膜蒸馏正常进行。     

O_2/CO_2气氛下生物质三组分的燃烧特性

采用热重分析法对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)进行O_2/CO_2燃烧特性实验,分析了不同气氛(O_2/N_2和O_2/CO_2)、氧体积分数(10%,21%和40%)和升温速率(10℃/min,20℃/min和30℃/min)对三组分O_2/CO_2燃烧特性的影响.结果表明:与O_2/N_2气氛相比,在O_2/CO_2气氛下三组分燃烧过程存在不同程度的延迟,主要体现在焦炭燃烧阶段;由于木质素焦炭质量分数较高,因此其燃烧延迟相较于纤维素和半纤维素更加明显.O_2/CO_2气氛下,由于三组分氧含量较高,氧体积分数增大对三组分挥发分燃烧阶段影响较小;而氧体积分数增大对焦炭燃烧阶段产生了明显的影响,使其向低温区移动,综合燃烧特性明显改善.O_2/CO_2气氛下,升温速率增大,三组分燃烧过程整体向高温区移动;在挥发分析出燃烧阶段,纤维素与半纤维素的失重速率显著增加,在焦炭燃烧阶段,木质素失重速率显著增加;三组分综合燃烧特性得到改善.相比于纤维素与半纤维素,木质素综合燃烧特性指数较低,综合燃烧特性相对较差.     

掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

为了降低CO2排放,缓解天然气供应压力,促进氢能规模消纳,掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前,掺氢天然气的研究主要集中在工业上,本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性,利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件,建立燃烧器二维轴对称模型,对比数值模拟结果与实验结果,验证了数值模型的合理性;分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明,随着预混量(一次空气系数)增大,峰值温度大幅度升高,NO峰值质量分数先增大后降低,CO峰值质量分数逐渐增大;随着二次风流速(过量空气系数)增大,温度与污染物含量变化很小,与预混量的影响相比,二次风流速的影响几乎可以忽略不计。     

水泥分解炉煤/生物质耦合预热特性试验

在干法水泥生产技术中，分解炉内燃料燃烧和原料分解对水泥质量和污染物排放有重要影响。与燃料直接注入分解炉燃烧相比，燃料经循环流化床预热处理后再注入分解炉燃烧不仅可以提高分解炉内燃烧性能，减少有害气体排放，同时预热处理也可以增加水泥分解炉的燃料适应性。主要研究煤与生物质混合燃料在进入分解炉前由循环流化床预热后的预热特性，即不同因素对固相预热燃料和煤气的影响。研究表明：氧碳比(单位时间内O₂与C的摩尔质量比)的增大会导致预热炉内反应和颗粒碰撞更为剧烈，导致预热燃料粒径减小；同时氧碳比增加会使煤和稻壳耦合预热产生的焦炭灰分增加，其他组分减少；外热源升温可明显提升CO、CH₄、H₂等煤气有效燃烧组分的生成，提高固相燃料中各组分的转化率。     

分解炉混煤高效低NOx燃烧最佳窑尾烟气速率的模拟研究

针对某工厂5500 t/d三喷腾分解炉建立数学模型,采用双混合分数/概率密度函数方法,对分解炉内不同窑尾烟气速率下的温度场及组份场进行了三维数值模拟研究,得到了窑尾烟气速率对混煤燃烧的影响规律,并对模拟结果的可靠性进行了实验验证.研究结果表明:窑尾烟气速率为27 m/s时,混煤的主要燃烧区域占分解炉的2/3,煤粉燃烧的最高温度为1800 K,煤粉的燃尽率为95.69％,分解炉内温度场的分布满足生料分解的要求,同时亦避免了结渣现象的发生,且此时NOx的排放量低至399.8ppm;双混合分数法模拟结果符合混煤在分解炉的实际燃烧情况.     

燃油锅炉油雾燃烧过程中碳烟的排放特性

针对2 t/h卧式锅壳锅炉炉膛结构及换热特点,建立了炉膛换热条件下油雾燃烧的非预混燃烧模型,研究了风速对炉内燃料燃烧及碳烟颗粒物排放特性的影响. 结果表明,炉内燃料浓度在炉膛轴向0.3~0.7 m的范围内快速降低,碳烟颗粒物主要在距炉膛燃料喷口0.3~1.5 m的混合燃烧区内迅速生成,并随风速增大而远离喷口,生成速率在着火点位置最大. 风速过大或过小都会增加碳烟颗粒物的生成,风速7.5 m/s时炉膛碳烟排放浓度最小,出口浓度分布更均匀,约为0.042%(w).     

宣钢旋流顶燃式热风炉传输现象的研究

针对宣钢旋流顶燃式热风炉的燃烧室,建立了气体流动、传热及燃烧的数学模型,通过数值模拟研究了燃烧室的流场、温度场和CO浓度场.结果表明,热风炉燃烧室出口速度和温度分布很不均匀;由于空气过剩系数过低,导致燃烧室出口有6%的CO剩余,火焰贴近燃烧室壁面,严重影响热风炉的寿命.将空气过剩系数增加到1.05后比较发现,燃烧室出口CO质量分数低于1%,火焰分布更加合理,增加燃烧室高度能有效提高燃烧室出口速度和温度的分布均匀性,速度最大差由10m/s降到约2m/s,温度最大差由140℃降到约90℃.     

再生加热炉流动及燃烧特性的数值模拟分析

应用计算流体力学方法,采用标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和涡耗散燃烧反应计算模型,对再生加热炉简化模型4种不同热负荷下的燃烧过程进行数值模拟,重点研究了炉内的流场、温度场及烟气组分分布等信息。数值结果表明:燃烧火焰受回流区影响向炉壁一侧倾斜,烟气组分分布与炉内速度场和温度场一致。通过对加热炉最大热负荷工况下过剩空气量、烟气出口回流温度及炉内负压的优化调整,使得出口流速降低,炉膛中心温度增加。理论结果为有效控制炉内的燃烧过程,优化模型参数及提高管式加热炉热效率提供参考。     

基于PIV技术的七喷嘴气化炉流场研究

为研究七喷嘴气化炉的流场分布,建立了顶置七喷嘴气化冷模试验装置,采用激光粒子成像测速系统(PIV)在气化炉的上部、中部及下部视窗进行了流场测试,比较分析了颗粒流量、分散风流量对气化炉流场的影响。结果表明,在颗粒流量20~150 kg/h,分散风流量740~880 m3/h的工艺条件下,气化炉上部流场呈现自由射流特点,射流长度为40 cm,平均射流速度为25 m/s,中下部流场则以返混区为主,流速在8 m/s以下;颗粒流量增大会使得最大射流速度由40 m/s降低至15 m/s,且气化炉上部射流粒子束的径向脉动增强,造成射流弥散;分散风流量增大使得最大射流速度由25 m/s增至35 m/s,射流长度无明显变化。颗粒流量和分散风流量对流场的影响主要体现在气化炉上部,对中下部流场的影响逐渐减弱。     

新型高炉煤气切圆燃烧的CFD数值研究

针对高炉煤气的特性,用4个双旋流燃烧器分布于炉膛侧壁形成内切圆的方式组织燃烧,用计算流体动力学方法对高炉煤气在燃烧炉内燃烧状况进行了数值模拟。计算采用Realizable k-ε湍流模型和混合分数-概率密度函数(Mixture-Fraction/PDF)法,分析3种不同直径的模型对炉膛内速度场和温度场分布的影响,结果表明在3 MW热负荷下,直径为1.5m的炉膛内速度场和温度场的充满度较好。     

射流电沉积工艺优化对铜镀层形貌及微观结构的影响

射流电沉积技术具有特殊的定域性和材料特性,可用于磨损机械零件的修复,但因为边缘效应,沉积层的分布均匀性和质量需要改善。考察了沉积形貌、微观结构与射流电沉积电解液流速、喷嘴扫描速度及电流密度等关键参数的关系。结果表明,喷射流速在1~10 m/s范围,随着流速的增加沉积层表面质量及微观结构逐渐致密;扫描速度在1~15 mm/s范围,随着速度的加快沉积层表面质量及微观结构逐渐致密;电流密度在100~600 A/dm~2范围内,随着电流的增大沉积层表面质量及微观结构逐渐改善,晶粒尺寸逐渐增大。     

多喷嘴对置式撞击流反应器流场的数值模拟

为探讨多股撞击流反应器内流场的特点,利用Fluent软件对两喷嘴对置式和四喷嘴对置式撞击流反应器内流场进行模拟,研究了在不同工况下这两种撞击流反应器内的流场结构,设定进口流速分别为5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s。模拟结果表明,进口流速由5 m/s增加到25 m/s时,反应器内流体流动的平均速度及压力波动增大为原来的4.1倍和16.2倍,其速度梯度和压力平均波幅也增大为原来的5.0倍和25.4倍。通过对两种不同结构的撞击流反应器的比较可以得到四喷嘴对置式撞击流反应器内流体流动产生的速度梯度和压力平均波幅更大,其值都约为二喷嘴对置式撞击流反应器的1.2倍,因而四喷嘴对置式撞击流反应器内剪切力场更强,脉动更强烈,更有利于反应器内的湍动混合。     

空冷凝汽器翅片管流态化清洗的数值模拟

对空冷凝汽器翅片管进行了液固两相流流态化除垢清洗的数值模拟。研究了流体流速、固相粒径、固相体积分数对清洗效果的影响。结果表明:流体的湍流强度壁面的剪切应力均随流速、固相粒径、固相体积分数的增加而增大;考虑节水节能和清洗效果,蛇形翅片管最佳入口流速为14m/s,固相粒径为0.3mm,体积分数为8%。     

高温空气燃烧技术在新型倒焰窑炉中的数值模拟

高温空气燃烧技术是一种新型节能技术。针对倒焰窑能耗高的问题,提出引入高温空气燃烧技术,并利用FLUENT软件对新型倒焰窑炉的温度场和组分场进行模拟。通过改变燃料喷入速度,分析窑炉内部的温度场和组分场情况,从而为新型倒焰窑炉的节能设计提供一定参考。     

甲醇对汽油燃料均质压燃燃烧和排放机理的影响

为了探讨甲醇对汽油均质压燃(HCCI)燃烧和排放机理的影响,利用CHEMKIN软件从理论上研究了甲醇对汽油HCCI燃烧反应动力学机理的影响。结果表明∶甲醇抑制了汽油(甲苯参比燃料)各组分的二次加氧过程,异辛烷基和正庚烷基继续脱氢,再氧化分解产生甲醛;甲苯基则直接氧化分解产生甲醛。随着甲醇体积分数增大,放热开始时刻提前,高温反应阶段的放热率峰值呈先增大后减小趋势。因此,可以通过调整反应中燃料的比例来控制着火时刻和放热峰值。CO和HC摩尔分数随甲醇比例增大逐步减小。随着燃空当量比升高,主燃烧峰值升高,主燃烧持续期延长,OH基生成速率和摩尔分数峰值增大,但放热开始时刻和OH开始生成时刻几乎不变。所以改变当量比可以改变燃烧反应中自由基摩尔分数和反应持续时间,但不能控制着火时刻。CO和HC摩尔分数峰值随当量比增大逐步增大,当量比过小时,大量CO和HC未被氧化。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。