燃气轮机燃烧室内NOx生成影响因素的数值研究

低NOx燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流的强烈影响，旋流特性的分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。本文对燃气轮机燃烧室的旋流燃烧流动，应用商用程序FLUENT进行了数值模拟，并分析了旋流数、压强、湍流度对燃烧室内燃烧特性和NOx生成特性的影响。模拟结果表明，随着压强的增加，NOx排放逐渐增加，随着燃料入口湍流度的增加，NOx排放将减少，而随着旋流数的增加，NOx排放先是增加而后减小，同时，NOx随压强变化呈指数规律变化，但不同的燃烧组织形式对指数值有较大的影响。     

空气分级燃烧对炉内NOx生成影响的数值模拟研究

现阶段国家对电厂污染物的排放标准制定越来越严格,电厂需降低NOx排放的幅度也越来越大,对烟气中NOx含量的控制将成为电厂今后控制污染物排放的重点。本文总结了现阶段比较常用的电站锅炉降低NOx排放的改造方法,针对电厂的实际情况,拟采用空气分级的方法,通过在主燃区的上部设置燃尽风来降低NOx排放。改造结果表明,降低主燃区内风量后,主燃区内氧量和温度水平有所下降,NOx在炉内的生成量明显降低。另外,由模拟结果可知,主燃区内氧量越低,愈有利于NOx的降低,但可能会造成飞灰含碳量的增大,燃烧效率的降低,这些都会影响电厂的经济性。在实际运行过程中,可通过提高煤粉细度、合理配风来调整。     

旋流数对燃烧不稳定性及NO_x生成的影响

采用大涡模拟方法分析了旋流数对燃气轮机燃烧室内预混燃烧不稳定性以及NO_x生成特性的影响.结果表明:增大旋流数使得流场的扩张角增大,中心回流区范围扩大,对燃烧产物的卷吸能力增强,预混段内温度升高,高温区范围扩大,有利于燃料气流的着火与稳定燃烧,火焰长度也有所缩短;旋流数为0.7时,流场中仅存在一个进动涡核,旋流数较大时,则出现2个明显的进动涡核;增大旋流数使得涡旋周期性的脱落频率增加,破碎位置向上游移动,同时由于火焰长度缩短,热释放区域相对更为集中,从而导致燃烧室内压力脉动频率及其对应的压力峰值增大;增大旋流数也使得火焰宽度增大,峰值温度有所降低,有利于控制NO_x排放体积分数.     

旋流数对旋流煤粉燃烧器NOx生成影响的研究

用数值模拟方法研究了旋流数改变对旋流燃烧器煤燃烧N0x生成的影响，给出了热N0x和燃料N0x生成的详细信息。预报结果表明，当二次风旋流数从0．204增加到0．414时，可以降低燃烧器出口区域燃料N0x的生成，同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率，另外，模拟结果也表明，燃烧器出口区域的N0x生成主要是由燃料N0x的生成机理来控制，因此，适当提高旋流燃烧器的旋流数可以提高燃烧效率，降低N0x的生成。     

旋流对天然气高温空气燃烧特性影响的数值模拟

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个新型轴向旋流式单烧嘴燃烧室内天然气的高温空气燃烧特性进行了数值研究。采用数值模拟的方法研究了同心式轴向旋流燃烧器（HCASbumer）中螺旋肋片的旋转角度对燃烧特性的影响,其中湍流采用Reynolds应力模型,气相燃烧模拟采用β函数形式的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOx模型为热力型与快速型。计算结果表明,对预热空气采用旋转射流时,能明显降低NOx生成量。对于HCAS型燃烧器,随着空气射流旋转角度的增大,燃烧室内的回流区域增大增强,降低了局部的氧体积分数分布,燃烧室中平均温度和最高温度都有所增加,且燃烬程度大幅度提高,而局部高温区缩小,只在靠近入口处出现。总的NOx排放量随着空气射流旋转角度的增大先减小,后增大。因此,适当调整肋片的旋转角度可以降低NOx生成量。     

旋流对同轴富氧扩散燃烧NOx排放的影响

对30%～40%的氧浓度下甲烷富氧空气同轴扩散燃烧的火焰形态、可见火焰高度、燃烧特性以及NOx排放进行了实验测量,研究了旋流数对NOx排放控制的影响.结果显示,随着旋流数的增加,火焰高度略有升高,火焰发光由白色逐渐变为橙黄色;最高火焰温度逐渐降低,温度分布也变得平坦;NOx排放指数随旋流数的增加而降低,氧浓度越高,其下降幅度越大.保持其他条件不变,增加氧化剂流速可以增强旋流对燃烧特性及NOx排放的影响.     

旋流燃烧室内甲烷湍流燃烧的数值模拟

为合理考虑湍流-复杂化学反应的相互作用,建立了甲烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数(PDF)模型.应用该模型对TECFLAM燃烧室内的甲烷湍流旋流燃烧进行了数值模拟,得到了与实验相符合的气体轴向、径向与切向速度、温度、温度脉动均方根值及甲烷、氧气、二氧化碳与水蒸气质量分数分布.得到的一氧化碳和氢气质量分数分布与实验基本符合.     

空气分级燃烧低NOx排放数值模拟研究

由煤燃烧产生的NOx引起的污染受到世界各国的重视.因此研究降低污染物排放成为燃烧研究的重要课题.对某电站锅炉的实际情况,进行了空气分级燃烧降低NOx的数值模拟研究,并和改造后的运行结果进行了比较.结果表明,分级燃烧可有效降低NOx排放,为电站锅炉清洁燃烧提供了依据.     

浓缩环对旋流燃烧器NO_x生成影响的数值模拟

运用Fluent软件时中心给粉旋流燃烧器进行了燃烧数值模拟,探讨了浓缩环对燃烧器NOx生成的影响,分析了燃烧器燃烧时的温度场、氧浓度场以及包含热力NOx燃料NOx和快速NOx在内的NOx浓度场,比较了不同浓缩环结构下燃烧器出口沿轴向方向NOx浓度曲线.模拟结果表明:浓缩环可降低旋流燃烧器的NOx生成量100 ～200 mg/m3,NOx的排放量也相应降低;调节浓缩环距端口距离和调节浓缩环间距,亦可降低燃烧器的NOx排放量,两者调节的最佳值分别为325 mm和80 mm.     

一种低NOx旋流燃烧器流场特性的研究

介绍了国内某锅炉厂按引进日立-巴布科克公司技术制造的HT-NR3低NOx燃烧器的基本情况及其主要结构特点,并对这种燃烧器进行了试验研究.结果表明:该燃烧器的回流区为中间环状回流区,煤粉浓度分布为外浓内淡,与其回流区相匹配,具有良好的着火及燃烧特性.实际运行表明,该燃烧系统具有很好的低NOx特性,可以满足国内燃煤锅炉的低NOx排放要求.     

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。     

基于反扩散火焰的低NOx旋流燃烧器数值模拟

采用非预混稳态小火焰模型（Steady Flamelet Model,SFM）耦合110步甲烷燃烧简化机理和Realizable k-ε模型对反扩散-旋流低氮燃烧器进行模拟,对比分析了不同旋流角度（30°,45°和60°）及过量空气系数（1.05,110,115和1.20）下燃烧时燃烧室内各截面轴向速度分布、中心截面温度及NOx质量浓度分布。详细研究了燃烧室内天然气与空气的燃烧特性及NOx的排放规律。模拟结果表明：随着旋流叶片角度逐渐增大,燃烧室内回流作用逐渐增强,导致火焰长度变短、燃烧室内最高温度及出口NO质量浓度逐渐降低;在旋流叶片角度为60°时,出口NO质量浓度仅为114 mg/m3;随着过量空气系数逐渐增大,火焰末端温度逐渐提高,导致燃烧室出口NO排放量逐渐增大;在过量空气系数为1.2时,出口NO质量浓度达到294 mg/m3,相比于过量空气系数为1.05时,其NO排放量增加153%。     

旋流燃烧器的稳燃及其结构优化分析

简要论述了国内常见几种旋流燃烧器的稳燃措施;介绍了ABT公司新近推出的"弓形"低NOx燃烧器;最后,提出了旋流燃烧器结构优化的建议。     

旋流燃烧器的稳燃及其结构优化分析

简要叙述了国内常见几种旋流燃烧器的稳燃措施，从燃烧器流场和煤粉颗粒运动轨迹的角度分析了对低挥发份煤燃烧稳定性的影响。介绍了新近研究的花瓣稳燃器及其流场特点。指出该稳燃器在加速煤粉气流与高温回流烟气之间的混合时，避免煤粉气流过早向二次风扩散，引导煤粉颗粒进入回流区，有利于燃用低挥发份煤和低负荷稳燃及降低NOx排放等。另外，还介绍了ABT公司最近推出的“弓形”低NOx燃烧器；最后，提出了旋流燃烧器，并提出了旋流燃烧器结构优化的建议。     

旋流燃烧室内丙烷湍流燃烧的数值模拟

提出并建立了丙烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数模型．应用该模型对旋流燃烧室内的丙烷湍流燃烧进行了数值模拟．计算中分别采用了Kiehne和Jones的两种丙烷四步反应机理．结果表明，基于Kiehne机理可得到与实验相符合的气体轴向与切向速度，轴向脉动速度均方根值和温度，以及氧气、二氧化碳、丙烷、一氧化碳与氢气体积分数的分布．     

当量比对环管型燃烧室内NOx生成特性影响的研究

采用数值模拟方法研究了当量比对环管型燃烧室内燃烧及NO_x生成特性的影响,分析了不同当量比时燃烧室内流场、温度场、热力型NO_x生成速率分布、出口温度分布系数(OTDF)及出口NO_x浓度的变化。模拟过程中,保持空气量不变,通过调整入口甲烷量来改变当量比。研究表明:增大当量比,燃烧室内燃烧反应速率加快,轴向速度升高,高温区域沿径向扩张,其范围明显扩大,热力型NO_x生成速率加快,其高速率范围与高温区域重合,出口NO_x浓度上升,而OTDF始终处于合理范围内。因此,在当量比为0.48~0.54范围内,适当降低当量比有利于控制出口NO_x浓度。     

天然气燃烧特性与NOx排放特性数学模拟

采用详细化学反应机理并运用良好搅拌反应器模型,通过化学反应动力学模型的数值计算,就典型的4种天然气组分进行了多种工况下的燃烧特性与NOx排放特性研究.计算结果表明：助燃剂中氧含量对着火时间非常敏感,氧含量较高,着火时间提前;低氧和富燃燃烧方式均可减少NOx排放.