低NOx燃烧器燃烧特性的数值模拟

研究对350MW电站锅炉采用低NOx燃烧器和常规直流煤粉燃烧器的燃烧过程进行了数值模拟.数值分析结果表明炉内的最高温度出现在燃烧器上部附近,在此区域,锅炉采用低NOx燃烧器的火焰中心温度比常规燃烧器的要高出100℃多,而对应2种燃烧器的截面平均温度沿炉高没有明显的区别;燃烧器区域的截面温度场呈现出马鞍形分布,即炉膛中心和炉壁附近的温度较小,其二者中间环形区域的温度最高;周期性变化的一次风喷嘴截面的火焰平均温度较高,二次风喷嘴截面的火焰平均温度较小,二者相差300℃左右,炉膛的切圆直径在燃烧器上部附近最小,在燃烧器区域,切圆直径几乎为常数,在燃烧器的上部和下部区域,炉膛截面的切圆直径较大;低NOx燃烧器和常规直流煤粉燃烧器所对应的切圆直径,在燃烧器的上部附近,低NOx燃烧器相应的切圆直径要大一些,在其它的区域中二者相应的切圆直径没有明显的区别.     

径向浓淡旋流燃烧器NOx排放和燃尽率的试验研究

在设计热功率为1 MW的热态模化实验台上,研究了带有燃尽风的径向浓淡双调风旋流燃烧器的运行特点,得到燃尽风布置的相对位置、一次风率、内二次风率、外二次风率以及二次风旋流强度对NOx生成和飞灰含碳量的影响.结果表明:旋流对冲的煤粉浓淡燃烧配合采用燃尽风(OFA)空气分级燃烧技术,对降低NOx的生成和减少飞灰含碳量非常有益;只有合理地设计和布置OFA燃烧器,才能在降低NOx生成量的同时,尽量减少飞灰含碳量;增大一次风率时,NOx的生成量先增加后减少,而飞灰含碳量先减少后增加;增加内、外二次风的旋流强度,NOx的生成量不断提高,而飞灰含碳量则呈现降低趋势.     

燃烧器燃烧流场与污染物排放的数值模拟

针对一种新型燃烧器,利用FLUENT软件,对其内部三维燃烧流场进行了数值模拟.计算采用RNGk-ε双方程湍流模型、PDF燃烧模型以及离散坐标辐射传热模型,液体燃料采用颗粒群轨道模型,模拟了不同过量空气系数和不同负荷工况下的燃烧流场,并对NOx排放进行了预测.根据所得到的模拟结果分析了影响燃烧的因素,为此新型燃烧器的研制提供了理论指导.     

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。     

低NOx燃烧器与常规直流煤粉燃烧器的NOx生成特性的研究

对350MW电站锅炉采用低NOx燃烧器和常规直流煤粉燃烧器的NOx生成特性进行了实验研究和数值模拟，结果表明：①最高温度、平均温度和中心温度等与炉膛高度的关系保持不变，即径向空气流分级不影响炉膛的燃烧特性；②采用低NOx燃烧器时，其炉膛中心的氧气浓度比采用常规直流煤粉燃烧器时要小；③炉膛截面平均NOx浓度和中心NOx浓度随炉膛高度的关系基本相似，但NOx最大浓度随炉膛高度的分布规律不同，采用低NOx燃烧器时NOx最大浓度明显与一、二次风布置有关，采用常规直流燃烧器的NOx最大浓度在燃烧器区域随高度分布呈现双峰形；④它们对应的平均NOx浓度最大值截面和平均温度最大值的截面的高度分别相同，但平均NOx浓度最大值截面比平均温度最大值的截面要低；采用低NOx燃烧器时，截面NOx浓度最大值区域比常规直流燃烧器有大幅度的减小；⑤低NOx燃烧器可比常规直流燃烧器降低NOx排放28．6％。     

空气分级燃烧下NO_x生成特性的研究

利用数值模拟方法对空气分级燃烧下NOx的生成特性进行了研究,分析了燃烧器附近局部区域和炉膛整体区域NOx的反应速率,得到了不同燃尽风率下NOx的生成特性.结果表明:NOx主要产生于燃烧初期,当燃料与O2混合不充分时会发生NOx的还原反应;从炉膛整体来看,燃料型NOx的生成速率明显大于热力型NOx,主燃区和燃尽区均生成燃料型NOx,而热力型NOx几乎只在温度很高的主燃区生成,且对O2体积分数的敏感性弱于燃料型NOx;主燃区和燃尽区NOx反应速率的主要控制因素分别为O2体积分数和焦炭燃烧速率;燃尽风率增大,主燃区NOx生成速率和生成区域减小,还原区域增大,NOx排放质量浓度明显减小.     

燃尽风喷口位置对NOx排放的影响

针对一台采用旋流式燃烧器的煤粉炉NOx排放质量浓度较高的问题,采用空气分级燃烧方式以降低NOx排放量,基于CFD软件平台,在额定负荷下,分别对3种不同燃尽风喷口位置的改造方案进行了炉内燃烧及污染物生成的数值模拟,并通过综合比较炉内各参数的变化确定了最佳燃尽风喷口位置．结果表明：燃尽风喷口位置的上移降低了主燃区氧气的体积分数,同时使炉膛内的最高温度降低了23～29K．燃尽风喷口位置对NO,的还原效果、出口烟气温度以及煤粉焦炭转化率的影响较大．当燃尽风喷口位置升高时,NOx质量浓度降低,炉膛出口烟气温度升高,煤粉焦炭转化率下降．经综合比较炉膛出口烟气温度、NOx质量浓度以及煤粉焦炭转化率得出,距最上层燃烧器7．7m处为最佳燃尽风喷口位置．     

氢／空气混合物燃烧时燃烧器结构和燃烧方式对NOx生成和回火的影响

考察了氢气／空气混合物燃烧时不同燃烧器结构和燃烧方式对ＮＯｘ生成和回火的影响，指出，无混合室的空气外吸式燃烧器有较高的氢燃烧效率，并且氢燃烧时无回火，尾气中ＮＯｘ的浓度也较低。     

神木烟煤燃烧时NOx生成特性的试验研究

在一维热态试验炉上,采用双调风旋流燃烧器对神木烟煤进行了燃烧试验,研究了不同因素对 No2 生成规律的影响.结果表明:随着一次风率厂.的提高,NOx 排放浓度先降低后上升,而煤粉燃尽率提高;当外二次当量风旋流强度Ωdl=0.87时,煤粉的燃尽率最高,而当Ωdl=1.08时,NOx 排放浓度最低;降低外、内二次风风量比ε有利于煤粉的燃尽,当ε=3 时,NOx 排放浓度最低;当过量空气系数α=1.3时,煤粉的燃烧状况最好;抑制 N0x 排放的最佳煤粉粒径为20.77μm,煤粉的燃尽率随粒径的减小而提高.     

径向外浓内淡旋流燃烧器NOx排放和燃尽率的试验研究

在一台1 MW的热态煤粉燃烧试验炉上进行热态模拟试验,用两台双调风旋流燃烧器对冲燃烧,并且在主燃烧器上方的不同位置还布置了燃尽风装置(OFA)。主燃烧器使用的是变截面的一次风管和碰撞环相结合,在一次风管内,风粉气流在惯性的作用下分离为外浓内淡的环状气流,从而实现了燃烧器喷口处沿直径方向的浓淡分布。通过对陕北神华优质烟煤、山西河津劣质烟煤和山西长治贫煤这三种特性相差较大的煤的燃烧对比实验,得到了燃尽风布置的相对位置变化,一次风率、内二次风率、外二次风率的变化,内二次风、外二次风旋流强度等因素的变化,对NOx的生成和对飞灰含碳量的影响作用,同时也得到了NOx的生成和燃尽率之间的相互关系,以及对燃烧的稳定性、经济性的影响因素,其结果对工程设计和实际应用有着重要的指导意义。     

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。     

通过煤粉浓缩预热低NOx燃烧器实现高温空气燃烧技术的研究

以煤粉浓缩预热低NOx燃烧器(PRP)为例,说明了通过组织高温烟气回流快速预热低风煤比的一次风煤粉气流,可以在燃煤锅炉上实现具有高稳燃和低NOx排放性能的高温空气燃烧.工业试验和应用表明:PRP燃烧器特殊的预热室结构可以有效控制一次风粉的预热,快速加热煤粉颗粒并使之在达到燃烧器喷口时接近着火温度,因而具有优异的煤种适应性、低负荷稳燃能力和低NOx排放特性,是在燃煤锅炉上实现高温空气燃烧的一种良好的燃烧器.     

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。     

助燃空气旋转动量对燃气燃烧过程及NOx生成量的影响

应用数值模拟方法,对一种新型燃气烧嘴的燃烧特性进行了研究。重点分析了助燃空气旋转动量对该新型烧嘴的燃烧特性以及NO_x生成量的影响。结果表明,随着助燃空气旋转动量的不断增加,沿燃烧器轴心线方向速度衰减速率越快,炉膛内的高温区域越向燃烧器喷口附近区域集中,炉膛出口No_x的生成量呈先增大后减小的趋势,在助燃空气旋角为30°时为最大。     

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.     

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。     

轻油燃烧器火焰形态影响因素数值研究

针对使用压力旋流雾化喷嘴的轻油燃烧器,作者通过商业CFD软件Fluent,研究了不同的助燃空气初始温度,雾化锥角以及助燃空气旋流强度对火焰形态的影响情况,并且用实验结果验证了数值模拟的可靠性。本文最终得出了不同设计参数下火焰形态的具体分布情况以及分布趋势,并且对研究结果进行了分析。本文为燃烧器和锅炉选型设计提供了相关参考,也为运用数值模拟方法研究火焰形态提供了实验和理论依据。     

浓淡型双调风旋流燃烧器低NOx特性分析

利用冷态等温模化技术对浓淡型双调风旋燃烧器进行模拟实验研究。根据实验结果,对双调风旋流燃烧器的结构及特点进行了分析,研究了此种燃烧器的分级送风和浓淡燃烧技术的特点以及稳燃环所起的重要作用,进一步了解了双调风旋流燃烧器的低ＮＯｘ排放及低负荷稳燃特性。     

梭式窑燃烧室结构优化研究

针对我国梭式窑普遍存在的低温阶段加热不均匀影响产品质量的问题,对韶关冶炼厂碳化硅分厂梭式窑燃料系统进行分析,提出了在现有梭式窑炉墙外部加上一段掺合冷空气混合火道的方案。利用计算机数值模拟软件分析混合火道的结构形式、长度、冷空气进口位置对火道内温度分布的影响,最终采用双边冷空气进口变截面的火道结构以加快火道内温度的均匀混合。该研究为实现梭式窑在低温区均匀高效加热提供新的解决方案。     

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。