新型动态旋流燃烧器的燃烧特性数值研究

基于旋流燃烧技术,自行设计了一款动态旋流燃烧器,通过电机带动旋流叶片旋转以获得不同的旋流强度。对燃烧器五组旋流叶片转速（v=600 rad/min、900 rad/min、1200 rad/min、1500 rad/min和1800 rad/min）工况进行了数值模拟。结果表明：当旋流叶片转速v=600 rad/min时,燃烧室内没有形成中心回流区域;随着v的增大,中心回流区域的形成直接影响火焰结构和高温区域面积,高温区面积明显减小,并逐渐向燃烧室前段移动,燃烧室内整体温度均匀性得到很好地改善。燃烧室出口NO排放量先增大后减小,在旋流叶片转速v=900 rad/min时,NO排放量达到峰值。当v从900 rad/min增大至1800rad/min时,燃烧室出口处NO排放量降低了98.71%。较高的旋流叶片转速对于提高燃烧器的燃烧效率和燃烧室的整体工作性能,以及降低污染物排放是一个好的选择。     

基于火焰稳定特性浸没燃烧器的设计与试验研究

采用传统设计方法对浸没燃烧技术中的燃烧器进行设计,在实际应用过程中总出现回火、脱火、燃烧不稳定问题,本文根据火焰稳定特性知识构建了天然气火焰稳定性图,提供了一种对于燃烧气体燃料浸没燃烧器燃烧室的设计思路,并对该思路下设计的浸没燃烧器燃烧室进行了具体设计;融入旋流稳焰原理,一次空气与燃料旋流预混,二次空气冷却燃烧室外壁并被预热然后在燃烧室头部进入燃烧室助燃,进行了浸没燃烧器的总体设计,并对设计的燃烧器在自行设计的增压浸没燃烧试验台进行了初步试验研究,试验侧重燃烧稳定性与污染物排放。结果表明该浸没燃烧器燃烧稳定性相对较好,且由于良好的结构设计,节能减排效果显著。     

响应曲面法评价与优化混煤富氧燃烧特性

研究了小龙潭褐煤、富源烟煤和昭通褐煤混煤的燃烧特性,对比了不同氧气浓度、不同升温速率下煤样的热解及燃烧特性,采用响应曲面法优化软件对氧气浓度、升温速率及煤粉配比进行优化.结果表明,富氧燃烧时,煤样着火温度和燃尽温度降低,燃烧时间缩短;氧气浓度高于30%(?)后,煤粉燃烧特性参数变化趋于平缓,实际应用中氧气浓度应控制在30%左右;煤粉燃烧后段活化能较高,煤样活化能、指前因子随氧气浓度增大而增大;升温速率增大,煤样的着火温度和燃尽温度升高,煤粉燃烧时间延长,稳定性、燃烧性变差.氧气浓度越高,煤样燃烧性能越好,设置可燃性指数和燃烧特性指数最大,燃尽温度和投资成本最小,小龙潭褐煤:昭通褐煤:富源烟煤质量比为100:55.07:1时优化的4个评价指标最好,可燃性指数为43.56×10-7,燃烧特性指数为4.27×10-10,燃尽温度为680.01℃,成本为252.49$/t.     

新型煤气烧嘴的结构与应用

介绍催化剂生产用回转式煅烧炉新型煤气烧嘴的结构及特点,燃料和助燃空气在烧嘴燃烧室和燃烧通道内分二次混合实现充分燃烧,形成高速焰气,焰气的速度可超过100 m/s,温度可在200～1 400℃调节.高速焰气能使气体形成强烈的旋流,从而提高对流传热性能使炉内温度均匀.实际应用情况表明,新型烧嘴具有保证煅烧质量、实现节能降耗、操作简便易行及运行安全等优点.     

阻燃塑料燃烧行为判断标准

项目塑料燃烧行为级别ＦＶ－０ＦＶ－１ＦＶ－２垂直燃烧法每个试样每次施加火焰离火后有焰燃烧时间（ｓ）≤１０３０３０每组５个试样施加１０次火焰离火后有焰燃烧时间总和（ｓ）≤５０２５０２５０每个试样第二次施加火焰离火后无焰燃烧的时间（ｓ）≤３０６０６０每个试样有焰燃烧或无焰燃烧蔓延到夹具的现象无无无每个试样滴落物引燃医用脱脂棉现象无无有氧指数法试样燃烧时间不足３分钟即灭或火焰前沿未到达氧指数法标线即熄灭时的氧浓度,即当该材料的氧指数＞２７（％）阻燃级炽热棒法试样接触炽热棒时没有可见火焰ＧＢ２４０７－８…     

生活垃圾燃烧烟气中CO和NO的排放特性

采用自制燃烧实验平台,考察了燃烧温度和空气流量对生活垃圾(MSW)燃烧过程中CO和NO排放特性的影响,并与Logistic数学模型预测结果比较.结果表明,CO排放呈先增后减的单峰曲线,CO平均浓度和峰值浓度随燃烧温度提高先减小后增大,峰值前移,燃尽时间缩短;CO平均浓度随空气流量增加而减小,峰值后移,燃尽时间增加;空气流量13.3 L/min、燃烧温度800℃时,CO的平均浓度最小为44.56 mg/m~3.NO排放呈增大-减小-增大-减小的双峰形态,NO平均浓度和峰值浓度随燃烧温度和空气流量增加而增加,空气流量13.3 L/min、燃烧温度950℃时,NO的平均浓度最大为25.26 mg/m~3.Logistic模型能较好地描述燃烧过程中N析出率的变化.     

蓄热式钢包烘烤过程中包内高温低氧特性的数值模拟

为了分析入炉气体的预热温度对高温空气燃烧过程的影响,综合考虑体系的质量、动量、能量守恒以及燃烧体系的组份平衡,建立了煤气-空气双预热的三维非稳态燃烧数学模型,并以CFX4.3为计算平台,耦合流体流动、燃烧和换热过程,首次对蓄热式燃烧过程中高温低氧特性进行了数值研究,得出了在不同预热温度时,燃烧室内气体温度场和氧气浓度场分布. 结果表明, 提高气体预热温度有利于加快燃烧进程,提高燃烧室内气体的整体温度及温度均匀性,降低局部氧浓度.     

甲烷/富氧射流扩散火焰NOx的排放特性

对甲烷/富氧同轴射流扩散火焰燃烧条件下氧化剂流速对NOx排放的影响进行了实验研究. 通过对火焰径向温度分布、火焰形态以及喷嘴出口附近扩散燃烧的流场的观测,分析了不同条件下NOx的生成特性. 结果显示,在保持氧化剂流量不变的条件下,NOx排放指数EINOx随氧化剂流速的增加而减小,在保持氧浓度及过量空气系数不变的条件下,小火焰有利于保持较低的EINOx.     

水蒸气纯氧条件下合成气燃烧特性

水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注,对合成气在水蒸气纯氧条件下的燃烧特性进行了实验研究。在扩散燃烧实验台上测量了H₂O/O₂为2.0时,燃烧室中心气体成分和火焰温度随停留时间的变化规律,分析了过量氧气系数对合成气水蒸气纯氧燃烧过程的影响。研究结果表明:过量氧气系数为0时,H₂和CO的燃烧主要在前28 ms内,H₂的燃烧速率较快,能够快速燃尽;CO燃烧较慢,燃烧室出口含量依然很高。过量氧气系数从0增大到10%时,CO的浓度整体降低,燃烧速率提高,燃烧前期火焰温度提高。燃烧室出口CO浓度随过量氧气系数的增加逐渐降低,氧气微过量时CO浓度迅速下降,继续增大时,燃烧室出口CO的浓度下降缓慢。     

从燃烧温度分析套筒窑燃烧高炉煤气的可行性

计算了传统工艺下套筒窑燃烧高炉煤气时下燃烧室的燃烧温度并分析了其不可行性,并就采用燃气预热技术、高效喷射技术及无焰燃烧技术对下燃烧室燃烧温度的影响进行计算分析,从而得出套筒窑燃烧高炉煤气的可行性,并给出若干措施及建议。     

空气冷却式煤粉燃烧室数值模拟研究

双锥煤粉燃烧室在小容量工业锅炉中广泛采用水冷却方式,但随着市场对高容量锅炉需求的增加,双锥燃烧室体积增大、数量增多,如仍采用水冷却的方式将导致安装困难、水系统复杂等问题,亟需开发新的冷却方式。空气冷却形式具有结构简单、预热后的空气可以增加煤粉的着火稳定性等优点,需要考察其首次应用于双锥煤粉燃烧室中的效果。为了确定空气冷却式燃烧室燃烧和壁面冷却情况,采用数值模拟技术对14 MW工业锅炉燃烧室和炉膛进行三维建模,得到50%和100%两种负荷下不同内外二次风配风比例下燃烧室内部燃烧情况、金属壁面温度、出口火焰形状和炉膛充满度。结果表明:控制总空气过量系数不变,随着内二次风比例的逐渐增加,燃烧室内的平均温度逐渐降低;50%负荷下金属壁面温度随二次风比例的增加逐渐降低,100%负荷下金属壁面温度先降低后升高,这是内二次风助燃燃烧和外二次风的冷却共同作用的结果。随着内二次风比例的增加,金属壁面的高温区域逐渐后移,集中于后锥出口区域;在50%负荷下内二次风量占总空气量比例为0.4时,金属壁面具有最高温度930 K,100%负荷下内二次风量占总空气量比例为0.2时,壁面金属最高温度835K,2个最高温度均出现在后锥收缩段,据最高温度推荐壁面材料选取0Cr18Ni9,2种负荷下最高温度出现时燃烧室内的内二次风配风量为2 600 Nm3/h,应尽量使内二次风远离此配风量;50%负荷下燃烧室平均温度、金属壁面平均温度及最高温度均高于100%负荷,是空气冷却结构需要重点考察的工况。随着内二次风比例的逐渐增加,火焰长度先增加后减小,当内二次风过小时,出口气速较小,外二次风具有向中心的速度分量,火焰主要集中在炉膛前部。随着内二次风比例的增加,出口速度增大,火焰变长变细。但随着比例的继续增加,外二次风的轴向速度变小,出口火焰的旋流强度完全由二次风决定,出口旋流强度的增大导致了火焰的变短变粗,在2种负荷下,火焰长度较长时,内二次风比例为0.4~0.5。内外二次风比例为0.5∶0.5时,燃烧室内燃烧情况和壁面温度均匀稳定,火焰在炉膛内的充满度最好,是2个考察负荷下均较适合的运行参数。     

Numerical simulation of oxy-coal combustion for a swirl burner with EDC model简

The characteristics of oxy-coal combustion for a swirl burner with a specially designed preheating chamber are studied numerically. In order to increase the accuracy in the prediction of flame temperature and igni- tion position, eddy dissipation concept （EDC） model with a skeletal chemical reaction mechanism was adopted to describe the combustion of volatile matter. Simulation was conducted under six oxidant stream conditions with dif- ferent OjN2/CO2 molar ratios： 21/79/0, 30/70/0, 50/50/0, 21/0/79, 30/0/70 and 50/0/50. Results showed that 02 en- richment in the primary oxidant stream is in favor of combustion stabilization, acceleration of ignition and increase of maximum flame temperature, while the full substitution of N2 by CO2 in the oxidant stream delays ignition and decreases the maximum flame temperature. However, the overall flow field and flame shapes in these cases are very similar at the same flow rate of the primary oxidant stream. Combustion characteristics of the air-coal is similar to that of the oxy-coal with 30% 02 and 70% CO2 in the oxidant stream, indicating that the rear condition is suitable for retrofitting an air-coal fired boiler to an oxy-coal one. The swirl burner with a specially designed preheating chamber can increase flame temperature, accelerate ignition and enhance burning intensity of pulverized coal under oxy-coal combustion. Also, qualitative experimental validation indicated the burner can reduce the overall NOx emission under certain 02 enrichment and oxy-coal combustion conditions against the air-coal combustion.     

Emissions and wall temperatures for lean prevaporized premixed gas turbine combustor

Experimental studies are carried out for investigating emission and wall temperature for traditional gas turbine combustor converted to lean premixed prevaporized (LPP) combustor. Vortex chamber, air preheating system, flat flame burner and inlet temperature control system are designed. Vortex chamber was maintained at the main air inlet port for controlling secondary air flow rate and wall temperature. Kerosene/air mixture temperature at exit from burner and entering combustion chamber was kept constant at 650 K for all runs. Special considerations were given for measuring NO_X, UHC, CO, local A/F ratio, flame temperature, exhaust gases temperature and wall temperature. For swirl and non swirl cases, secondary air ratio and primary zone air/fuel ratio were varied. The different operating parameters affecting flame temperature through it is affecting on local A/F ratio which is the main parameter for controlling flame temperature, emissions and walls temperatures. Flat flame burner and vortex chamber are useful tools for reducing emission and controlling walls temperatures. The inner liner wall temperatures are more affected by primary zone equivalence ratio while the outer liner wall temperatures are more affected by secondary air flow rate. Semi empirical correlations for NO_X, UHC and CO concentrations, exhaust gases temperature and maximum inner liner wall temperature are carried out. Good agreement between the measured and the calculated results are obtained. The present results are useful for further development of the traditional gas turbine combustor converted to LPP combustor.     

位移钝体稳燃的旋流预混燃烧污染物生成特性

石化炉、加热炉等设备中燃烧过程的污染物控制具有重要意义。旋流预混燃烧过程具有低NO _x 排放的潜力,引发了学术界和工业界的广泛关注。结合钝体燃烧和旋流燃烧各自的优势,本文设计了带有位移钝体的旋流预混燃烧器。首先研究了不同钝体结构下的污染物的生成情况,确定了最优的钝体结构,在此基础上进一步研究了在不同旋流数下污染物生成、火焰形态和温度场分布情况。研究发现,钝体角度为30°、体积较小的倒锥形钝体具有较低的NO _x 和CO生成量。NO _x 生成量随着旋流数从0增加到0.83呈先减小后增加的趋势,并且当旋流数为0.25时,NO _x 生成量最低。在同一热功率下,火焰高度随着旋流数的增加而减小。在同一旋流数下,火焰宽度随热功率增大呈增大趋势。NO _x 生成量变化规律与其火焰温度分布规律一致,即NO _x 生成量最低的工况下火焰温度也比较低。由此推测旋流引发的温度变化是NO _x 生成量变化的主要影响因素之一。本文的研究结论对旋流预混燃烧器的设计提供了理论基础。     

Experimental investigation of NOx emissions in oxycoal combustion

This work presents the results of an experimental investigation on NO_x emissions from coal combustion in a pilot scale test facility. Three oxidiser atmospheres have been compared, namely air, CO₂/O₂, and O₂ enriched recirculated flue gas. NO_x emissions from two different combustion modes have been studied, swirl flame and flameless combustion. The influence of the burner oxygen ratio and the oxidiser O₂ concentration on NO_x formation and reduction have been analysed. With increasing burner oxygen ratio, an increase of NO_x emissions has been obtained for air and CO₂/O₂ in both, swirl flame and flameless combustion. In case of the swirl flame, flue gas recirculation leads to a reduction of NO_x emissions up to 50%, whereas in case of flameless combustion this reduction is around 40% compared to CO₂/O₂. No significant impact of the oxidiser O₂ concentration in the CO₂/O₂ mixture on NO_x emissions is observed in the range between 18 and 27 vol.% in swirl flames. An analysis of NO_x formation and reduction mechanisms showed, that the observed reduction of NO_x emissions by flue gas recirculation cannot be attributed to the reduction of recirculated NO_x alone, but also to a reduced conversion of fuel-N to NO.     

旋流燃烧室内冷态和热态流场的三维数值模拟分析

采用RNGk-ε湍流模型以及有限化学反应速率涡破碎模型(Eddy break up)对Allied Signal公司75 kW微型燃气轮机旋流燃烧室内冷态和热态时气流三维流动过程进行了模拟计算。结果表明,燃烧室火焰筒内热态时与冷态时的流场相似,烧室火焰筒内都有3个回流区,3个回流区的存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定;燃烧室内热态三维流场的中心回流区长度小于冷态时的中心回流区长度,气流的轴向速度也大于相应的冷态轴向速度,而且掺冷孔空气射流对环向速度分布的影响小于冷态时的影响。     

双锥燃烧室旋流强度的计算

为了得到双锥燃烧室内旋流强度的计算公式,同时分析旋流强度对燃烧室内流场分布的影响,论述了旋流强度的一般定义及物理意义,推导出双锥燃烧室在直叶片和错角叶片2种叶片下的旋流强度计算公式,发现2种计算公式存在相似性。利用计算流体力学软件模拟得到2种叶片不同旋流强度下的流场分布。对比燃烧室良好运行的条件,得到双锥燃烧室良好运行的旋流强度可选区间为1．37～1．64。最后分析了燃烧室在2种叶片不同旋流强度下的阻力损失,结果表明安装错角叶片的燃烧室阻力损失比安装直叶片的燃烧室阻力损失小。     

Computational modeling of a utility boiler tangentially-fired furnace retrofitted with swirl burners

The paper presents 3D numerical investigation of OP-380 boiler tangentially-fired furnace utilizing bituminous coal. The boiler was retrofitted by replacing traditional jet burners with RI-JET2 (Rapid Ignition — JET) swirl burners. This kind of solution is unique in power generation systems. The purpose of this work is to show how the flow, combustion performance and heat exchange in the furnace are affected by introducing rapid ignition phenomena in RI-JET2 burners instead of delayed ignition associated with the traditional jet burners. Results were compared to simulations of similarly designed boiler equipped with traditional jet burners. Furnace simulation was preceded with a single RI-JET2 burner simulation at the inlet to a virtual combustion chamber. The results have shown that pulverized coal (PC) concentrator separates the PC into two streams: concentric with fine particles and axial with coarse particles. Stable flame operation was noticed even without secondary and tertiary air swirl. 3D simulations of combustion chamber have shown that in a burner zone a visibly isolated, concentrated flame exists in the furnace axis. This kind of flame shape reduces corrosion risk and furnace walls slagging as a result of RI-JET2 burner's long range.     

凹型结构下保温材料EPS典型垂直火蔓延特性对比研究

本工作通过自主搭建小尺寸火蔓延的实验平台,研究了凹型结构中保温材料EPS垂直向上和向下火蔓延特性。对比分析了火焰结构特性、火蔓延速度、质量损失速率、火焰温度等参数的变化规律。结果表明,在垂直向上蔓延过程中,EPS出现短暂的停滞现象。一方面由于烟囱效应易形成一个大的浮力压力差,导致火焰不稳定性;另一方面由于凹型结构易于烟气的聚集,导致燃烧不充分。而在垂直向下蔓延过程中,由于逆向烟囱效应的影响,火蔓延速度明显加速。火蔓延过程中质量损失速率,很大程度上受其火焰高度的影响,呈现上下振荡的特性。未燃区域部分,火焰温度经历两个温度峰值,向上蔓延过程中第一个温度峰值大于第二个;而向下蔓延过程中第一个温度峰值小于第二个。这主要是由于火焰结构形态及烟囱效应的方向特点,导致产生两个不同大小的峰值。本研究结果可为实际凹型结构下火蔓延特性研究提供前期理论和参考价值。     

预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备,研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域,在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响,但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律,笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器,基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型,利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析,结果表明:预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状,但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D<1.3区域内,由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用,预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用;在1.32.3区域内,预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱,可忽略不计。在预燃室的作用下,回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D,最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处,相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下,在X/D<0.6区域内,速度和湍流度均出现峰值,在X/D>1.6区域内峰值消失,内外二次风完全混合;有预燃室工况下,在X/D<0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大,湍流度沿着径向方向逐渐减小,在X/D>1.6区域,速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧,工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大,刚性强,避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生,延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。