MILD燃烧方式下燃料NOx生成特性数值模拟

针对MILD燃烧新模式下燃料NO_x生成特性暂不清楚的问题，开展了甲烷MILD燃烧的CFD数值模拟．通过向燃料中添加不同比例的NH₃，考察了NH₃添加对MILD燃烧方式下燃料NO_x生成特性的影响，对于明确MILD燃烧降低燃料NO_x排放的可行性具有重要意义．在分析现有CH₄/NH₃反应机理可靠性的基础上提出了改进模型，并进行了甲烷MILD燃烧火焰结构和NO排放的实验验证．研究结果表明：随着燃料中NH₃含量的增加，无论是常规燃烧还是MILD燃烧下NO排放都相应提高；同时，MILD燃烧下特殊的燃料氧化过程导致NO的还原作用弱于常规燃烧，因此当燃料中初始NH₃体积分数超过1.3%后NO排放值反而高于常规燃烧．     

焦炭氮释放和NOx生成与还原特性的实验研究

在沉降炉上开展低挥发分贫煤焦炭燃烧实验,研究了反应温度(1 100～1 300℃)、氧气体积分数(0～15%)和初始NO体积分数(0～500 mL/m³)对焦炭氮释放和NO_x生成与还原特性的影响。结果表明：在1 300℃无氧条件下,焦炭和NO发生异相还原反应,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,NO_x还原率由0增加至93.4%。在焦炭燃烧条件下,焦炭氮释放并氧化生成NO_x,此时增加初始NO体积分数抑制焦炭氮向NO_x转化。随着反应温度升高、氧气体积分数降低或初始NO体积分数增加,焦炭氮向NO_x的表观转化率均有所降低。当反应温度为1 300℃、氧气体积分数为5%时,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,焦炭对NO_x的还原作用逐渐增强,NO_x表观转化率由7.9%逐渐降低至-24.2%。     

针对煤粉恒温燃烧NO释放特性的多模型耦合预测方法研究

为了研究煤粉燃烧过程中挥发分释放与焦炭燃烧之间存在竞争/协同关系,基于煤粉颗粒物理模型,结合能量守恒与质量守恒方程,在利用随机孔模型处理煤粉燃烧的同时,采用化学反应模型计算挥发分释放与焦炭燃烧过程,联立NO生成与还原模型,并考虑各模型之间的相互耦合作用,建立一个集成多种模型优势的煤粉恒温燃烧数值模型,实现煤粉恒温燃烧过程中NO生成特性的准确预测。结果表明:计算结果与实验结果误差较小,拟合R~2接近于1,相同自由度下,计算F值小于查表F值;多模型耦合预测方法能够有效、准确地预测煤粉恒温燃烧过程中NO的释放特性,且泛化能力强。     

燃煤耦合城市污泥燃烧特性与NOx生成行为模拟

利用自定义燃烧模型对煤粉与城市污泥共燃过程进行数值模拟,研究不同掺烧比例下共燃过程的燃烧特性、NO_x体积分数空间分布和生成行为等。结果表明：污泥对煤粉第一阶段燃烧有明显的促进作用,在掺烧比例≤3%时,对煤粉第二阶段燃烧也有促进作用,而在掺烧比例≥6%时有抑制作用;在燃烧器出口附近氮存在形式丰富,大部分NH₃在该区域转换为HCN,少量转换为HNO和NH₂等,而在回流区后半段,HCN体积分数明显降低,NO体积分数上升,随着燃烧反应的进行,部分NO被还原成HCN和HNO;NO_x生成行为主要集中发生在燃料燃烧的2个阶段,在第一阶段,NO的生成过程主要为NH被O和O₂氧化以及N被O₂氧化,第二阶段主要为NH被O氧化以及N被CO₂氧化;NO被CH₃还原成HCN是2个阶段中NO被还原的主要过程。     

气化细渣和煤掺烧氮氧化物和二氧化硫排放特性研究

气化细渣热值低、水分高，难以独立稳定燃烧，因此通常将其和热值较高的燃料进行掺混实现燃烧利用。为研究气化细渣和煤掺烧过程中NO_x和SO₂的排放特性，利用管式炉燃烧污染物测试系统，在空气气氛下，使用不同比例的气化细渣和烟煤进行掺烧实验，对燃烧污染物的释放量进行实时监测，并计算燃烧污染物的释放总量。通过实验发现：温度是影响NO_x、SO₂排放量的重要因素，在高温工况下，NO、SO₂的释放量显著提高，NO₂、N₂O的释放量显著降低。燃料中挥发分的含量与NO₂、N₂O的释放量有着密切关系，煤中挥发分含量较高，NO₂、N₂O的释放量也相对较高。整体NO₂、N₂O的释放量远小于NO的释放量，NO_x排放以NO为主。随气化细渣掺烧比例增大，NO、SO₂释放量降低。因此，通过与煤掺烧...     

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NOx排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究．结果表明：在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_x排放可降至54×10^-6(15%O₂).H+O₂(+M)=HO₂(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应．燃烧压力的升高会促进NO与HO₂反应并转化为NO₂．对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%～80%)会导致NO_x排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%～55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10^-6～86×10^-6 (15%O₂...     

微型燃气轮机改烧氨气/氢气混合燃料的数值模拟研究

通过数值模拟对某80 kW微型燃气轮机环形低氮燃烧室进行适当的改造并对其燃烧及NO_x生成特性进行研究。研究结果表明：将烧天然气燃料的燃烧室改烧氨/氢混合燃料,在输出功率相同时燃料体积流量增大,通过增加燃料进气喷嘴的直径来降低燃料的进气速度;当掺氢比为0.3时,该结构的燃烧室燃烧不充分,燃烧效率达不到要求;当掺氢比在0.35～0.5、燃料华白数在19.9～21.7范围内变化时,该燃烧室可以实现高效稳定的燃烧,性能接近燃烧天然气燃料;氨/氢混合燃料中掺氢比增大,则NO_x排放量也快速增大;由于燃料型NO_x排放量占主导地位,该微型燃气轮机燃烧室不能实现低NO_x燃烧,NO_x排放远超国家标准,需要加装脱硝装置才能实际应用。     

煤粉再燃过程对煤焦异相还原NO的影响

利用高温携带流反应装置,研究了煤种(包括褐煤、烟煤和贫煤)、再燃区内反应温度、煤粉粒径、一次燃烧区空气过量系数SR1和再燃区空气过量系数SR2对煤焦异相还原NO作用的影响,探讨了煤焦异相还原NO的机理.结果表明:随着SR2和煤粉粒径的减小以及再燃区反应温度的提高,煤粉NO还原效率增加;在相同的SR2下,随着煤中挥发分含量的提高,煤粉粒径的增加和再燃区反应温度的降低,煤焦异相还原NO贡献上升;对于相同再燃燃料份额:SR1=1.0和SR1=1.2时煤焦异相还原NO的贡献均大于SR1=1.1时的异相还原NO的贡献.     

高浓度CO2气氛下煤焦异相还原NO的量子化学研究

氧燃烧技术是一种能综合控制燃煤污染排放的新型燃烧技术,循环烟气中NOx被碳氢化合物的均相、煤焦(碳)异相还原,使得NOx排放大为降低.高浓度CO2气氛是氧燃烧技术的最大特点之一,为了研究高浓度CO2气氛下煤焦(碳)异相还原NO相关反应,采用了密度泛函计算方法B3LYP/6-31G(d),计算煤焦(碳)异相还原NO反应以及CO和O2影响NO还原过程的相关反应,优化得到反应路径上稳定点的几何构型;采用QCISD(T)/6-311G(d,p)方法计算得到了反应过程中各稳定点的能量,并计算得到活化能;使用经典过渡态理论计算反应速率常数,得出每个反应的阿累尼乌斯表达式,研究了详细反应路径和机理.初步探讨了氧燃烧方式下煤焦异相还原NO机理,获得了重要相关反应的反应路径和动力学参数;并且为进一步研究煤焦与多种气体联合作用机理提供了理论基础.     

基于化学爆炸模式分析方法的二甲醚对冲扩散火焰中NOx排放机理研究

研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NO_x排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NO_x排放路径的作用机理,并确定了NO_x排放的关键反应动力学因素。结果表明：CEMA方法可以准确表征NO_x排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+NO=N₂+O)和R371(CH+N₂=HCN+N)分别在低、高全局拉伸率下对NO_x的排放影响最显著,减小其反应速率能极大地控制NO_x的排放量。     

半焦掺混煤粉MILD燃烧的数值模拟及分析

研究了MILD燃烧方式下半焦(其挥发分小于4%,)掺混煤粉燃烧的着火、燃烧和燃尽特性.首先通过与国际火焰研究基金会(IFRF)的煤粉MILD燃烧实验数据对比,验证数值模拟方法的可行性.然后保持炉膛热功率和当量比不变,将半焦的掺混比例由0逐渐提高到40%,.研究发现,在MILD燃烧方式下,半焦掺混比例由0改变至40%,对炉内速度、温度、O_2浓度场和NO_x排放影响不明显,而对半焦燃尽率有显著影响.炉内反应氛围保持了MILD燃烧的优势,即温度峰值低且温度分布均匀,热力型和燃料型NO生成被抑制.在燃尽率方面,半焦掺混比例低于30%,时,燃料总体燃尽率始终高于90%,.减少半焦粒径或提高一次风温均可进一步提升燃尽率.     

无烟煤与烟煤洗中煤混合燃料燃烧特性的MW级试验研究

本文借助四角切圆功能试验台,对无烟煤与烟煤洗中煤混合燃料的燃烧特性进行了MW级的试验研究,得出如下结论：1)采用切圆燃烧方式时,采用燃尽风“上+中”组合方式可以延长煤粉在还原区的停留时间,强化NO_x的还原反应,对抑制NO_x排放最有利,可控制NO_x原始排放浓度在411mg/m³～426mg/m³左右;2)采用不同燃尽风组合方式时,燃尽情况相差不大,飞灰含碳量基本控制在5%左右;3)混煤的结渣特性属于高结渣等级,具有结渣倾向严重的特点,建议锅炉设计时考虑防结渣措施。     

燃料热值对燃气轮机燃烧特性的仿真分析

针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和NO_x排放高的问题,开展了不同负荷下燃料热值对燃气轮机燃烧特性(燃烧稳定性和NO_x排放影响规律)的仿真研究。以某燃气轮机分管型燃烧室为研究对象,在不同负荷下,保持燃料流量、空气流量、大气温度等参数不变,仅改变燃料热值,采用数值仿真方法对燃气轮机设计压力监测点的压力、燃烧室出口温度及NO_x排放数据进行分析。结果表明：负荷区间相同,热值增加,高频段所对应的压力脉动幅值减小,热释放率脉动的高频频率增加,NO_x排放增加;热值相同,负荷增加,高频段所对应的压力脉动频率增加,高频段压力脉动幅值减小,热释放率脉动频率增加,NO_x排放增加。     

O2/CO2气氛下煤燃烧NOx排放特性的实验研究

利用管式电阻炉在O₂/CO₂气氛和O₂/N₂气氛下对煤粉燃烧过程中NO_x排放特性进行实验,研究在不同停留时间、炉内燃料/氧化学当量比、温度、氧浓度等因素对燃煤过程中NO_x放特性的影响,并对这两种燃烧方式下NO_x的排放特性进行对比。结果表明:在O₂/CO₂气氛下NO_x的生成量要远远低于O₂/N₂气氛下NO_x的生成量。随着停留时间的延长,NO_x沿程释放特性是先增大后减少。随着燃料/氧化学当量比的增加,NO_x排放浓度也呈现出先增加后降低的趋势。随着炉内温度的增加,2种气氛下NO_x的排放浓度均增加。随着氧浓度的提高,NO_x排放浓度增大。     

深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。     

高温低氧气氛下煤粉燃烧低NOx排放特性研究

燃煤工业锅炉作为NOx的主要排放源之一,减排刻不容缓。介绍了煤粉燃烧过程中燃料型NOx、热力型NOx和快速型NOx的生成机理,并对煤中挥发分N及焦炭N对NOx的还原机制进行了探讨。同时,开展了工业锅炉高效低NOx液态排渣煤粉清洁燃烧技术的研究和工程应用实践。结果表明,在高温低氧气氛下,煤粉燃烧过程中能有效抑制NOx生成,并促使NOx还原成N2的有利因素,能够实现NOx排放低于150 mg/m^3的目标。     

煤粉与木粉共燃的NOx生成特性分析

建立了单角炉煤粉射流燃烧模型 ;计算了炉内速度场、浓度场、温度场 ;并计算了煤粉单独燃烧时“燃料”型和“热力”型NO的生成 ;分析了从单角炉的不同部位喷入木粉、煤粉与木粉共燃时 ,木粉燃烧焦碳对NO还原能力差异的原因 ;分析了煤粉与木粉共燃抑制NO生成的原因     

增压富氧鼓泡床的NO生成特性

搭建小型增压富氧燃烧鼓泡床试验台,以试验结果为基础结合偏最小二乘法对增压富氧燃煤NO生成特性进行了研究和分析.试验结果表明,压力对NO排放规律的影响与反应气氛中的氧体积分数有关.在增压空气燃烧时,随着系统总压的升高,燃烧过程中NO的生成量有明显降低,但在增压富氧燃烧时,系统总压升高后,燃煤NO生成量反而逐渐增加.分析显示,在加压燃烧过程中,挥发分燃烧速率增加对煤粉热解的促进作用与CO和焦炭对NO的还原作用共同决定了燃煤NO的生成特性.在低氧气体积分数时,系统总压升高后CO和焦炭对NO的还原作用强于燃料氮的氧化作用,导致燃料氮的NO转化率逐渐下降,但是在高氧体积分数时,系统总压升高后,快速燃烧的挥发分使得挥发分氮的释放和转化强于CO和焦炭的还原作用,导致燃料氮的NO转化率逐渐增加.     

掺氨对煤粉着火和污染物排放影响的试验研究

本文利用电加热炉试验平台,研究了掺氨对煤粉着火和污染物排放的影响规律。研究表明：氨与煤粉的混合燃料,能够实现在炉内的共燃;掺氨对煤粉着火有一定的抑制作用,随着掺氨比率的提高,抑制作用越强;并且在无燃尽风时掺氨对煤粉燃烧过程中NO_x的生成有促进作用,随着掺氨比例的提高,NO_x排放浓度明显提高,其中掺氨比例为10%时,相对于不掺氨气时,NO_x排放浓度提高50%以上。     

CO2和H2O气氛下甲烷MILD富氧燃烧NO和CO生成机理

利用 Chemkin 软件中对冲火焰模型对 CO₂和 H₂O 气氛下甲烷 MILD 富氧燃烧进行详细数值模拟,对比了两种气氛下 NO 和 CO 的排放规律和生成机理．结果表明,MILD-CO₂燃烧模式下 CO 排放浓度约为 MILD-H₂O 燃烧模式下的 3 倍．敏感性分析发现 CO₂的分解会增加 CO 排放浓度,而 MILD-H₂O 燃烧模式下 H₂O 分解生成的 OH 基团促进了 CO 的氧化,降低了 CO 的排放浓度．同时,MILD-CO₂燃烧模式下 NO 排放浓度约为MILD-H₂O 燃烧时的 4 倍,且 MILD-H₂O 燃烧模式下 NO 生成对氧化剂进口温度的变化不敏感．通过分离 NO 生成路径发现,两种气氛下 N₂O 中间体路径主导了 NO 的生成,NO 再燃可以消耗 20%以上生成的 NO,其余路径相对不重要．结果表明 MILD-H...