常温空气MILD燃烧的实验研究

MILD燃烧是一种在低氧稀释条件下的新型柔和燃烧方式。本文在MILD实验台架上采用C3H8为燃料研究了常温空气下的MILD燃烧。实验发现:MILD燃烧炉膛内的温度和O2浓度都比较均匀,但CO浓度分布相差很大,存在一个位于中心区域的高CO区域。而在此区域外,CO浓度迅速下降。炉膛内NOx的浓度分布很均匀,且最高值只有45×10~(-6)。实验研究表明:控制燃料、空气和高温烟气的卷吸混合是实现MILD燃烧的关键,同时MILD燃烧完全可以实现超低污染物排放。     

AOD蓄热式烘烤过程热行为与NO排放的数值模拟

采用新型AOD蓄热式烘烤器对120 t AOD设备烘烤过程炉内温度分布和NO排放量进行了数值模拟,分析了空气预热温度(1273～1473 K)、空气进口与燃气人口间的相对距离L(0.28～0.51 m)对流场、温度场和NO排放的影响。结果表明,随L值增加,炉内最高温度下降,气体温度均匀性提高,NO生成量降低;空气预热温度提高,炉内气体温度升高,反应区NO含量升高。空气预热温度1273 K即可满足要求。     

烟气自循环加热炉内预热空气温度对燃烧过程的影响

高温空气燃烧技术中预热空气温度对炉膛内的燃烧特性及火焰特性有重要的影响。就不同预热空气温度对烟气自循环加热炉的影响进行了模拟研究。结果发现：预热空气温度一般加热到900～1100K为最佳。NOx浓度随着预热空气温度的升高而增大,一旦预热空气温度超过1500K,NOx的生成量将急剧升高。     

燃气炉内燃烧工况对NOx生成特性的影响

降低NOx的排放量是燃气炉洁净燃烧过程的重要研究内容之一。建立单烧嘴平焰燃烧炉实验模型，通过准确测量炉内温度场和烟气中NOx，研究了空气预热和空气不预热两种工况对炉内火焰特性、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。研究结果表明：空气预热工况下燃烧区和炉膛顶部温度场更加均匀，进而有效降低烟气中NOx的浓度。     

同轴烧嘴炉内混合燃烧过程的数值模拟

 将Extended Zeldovich的热力NO生成模型与模拟湍流k ε双方程模型相结合,并利用大型热流体模拟商业软件STAR CD,对同轴烧嘴炉内混合燃烧过程的温度场和NO浓度场进行了数值模拟。在燃料进口速度不变的情况下,分析了不同空气进口速度和不同进口间距对炉内工况的影响。所得结论为研究更合理的燃烧器打下了一定的理论基础。     

高温空气非稳定燃烧火焰特性数值模拟研究

应用非定常N-S方程,k-ε湍流双方程模型,EDC燃烧模型和离散坐标辐射传热模型,对高温空气换向非稳定燃烧特性进行了初步研究.比较了在理想换向条件和实际换向条件下,非稳定燃烧过程对炉内温度特性的影响.计算结果表明,换向瞬间炉膛压力有较大波动,甚至出现负压.助燃空气射流状态对非稳定燃烧过程中炉内温度、氧浓度有一定影响.针对模拟结果,提出蓄热式加热炉换向优化控制方案,为蓄热式燃烧系统的研制提供了理论指导.     

反射炉炉膛燃油数值模拟及污染物生成分析

对燃烧过程的数值模拟已成为工业炉窑辅助设计、优化运行、故障诊断等环节的重要手段。运用PDF燃烧机理模型对反射炉燃油雾化燃烧及污染物的生成过程进行了数值模拟仿真,定量考察了燃料射流速度、空气预热温度和燃料预热温度、氧浓度的不同对炉膛内温度场变化和热力型NO浓度分布的影响规律。计算结果符合燃烧规律和污染物生成机理,为炼铜厂反射炉的节能减排,设计及优化提供了理论计算依据。     

焦化炉燃烧工艺参数优化及性能评价研究

针对某炼油厂焦化装置加热炉存在的“排烟温度高”、“炉效低”等问题,采用CFD方法,对不同工况下加热炉内燃料气的燃烧情况进行了数值模拟,获得了空气系数、预热空气温度等燃烧过程操作参数对火焰形貌、炉内温度均匀性以及污染物生成的影响规律.在此基础上,综合分析燃烧、换热效率、烟气露点、污染物控制等因素,确定了该加热炉操作过程中最佳的空气系数与预热空气温度,并验证了所选参数的可行性.     

助燃空气O2浓度对熔铝炉内温度分布及NOx生成量影响

烟气再循环技术是降低熔铝炉能源消耗和NOx排放的有效途径.为此,利用FLU-ENT软件对采用烟气再循环技术的某熔铝炉的燃烧过程进行数值模拟计算,分析了助燃空气中的O2浓度对炉内温度分布的均匀性及NOx生成特性的影响.结果表明,助燃空气O2含量的降低有利于炉内气体的混合和稀释,有利于炉膛内温度的均匀分布,也有利于减少NO...     

高温空气燃烧炉内燃烧特性的数值研究

采用数值模拟法,研究了高温空气燃烧炉内不同空气预热温度、氧气浓度和燃气入口温度对火焰特性和NOx生成和排放的影响规律。研究表明,在提高空气预热温度、降低氧气浓度条件下,在较大范围内进行燃烧,火焰体积变大,炉内温度的峰值相应降低,温度分布更均匀,NOx的生成量大幅度降低。提高燃气入口温度,可抑制燃料和空气在主燃烧区的混合,使火焰内反应物的分布更加均匀,抑制了热力NO的生成,从而减少了NOx的排放量。     

天然气预热温度对蓄热式加热炉内温度场和NO_x排放影响的研究

为了研究不同天然气预热温度对蓄热式加热内炉温度场和NO_x排放的影响,对加热炉操作参数进行优化。采用fluent软件中标准k-ε模型、P-1辐射模型、涡耗散模型、热力型NO_x模型对不同天然气预热温度情况下加热炉内的速度场、温度场、浓度场进行数值模拟分析。结果表明:提高天然气的预热温度,减小了炉膛中心区域的流速,有利于炉膛内火焰的轴向扩散,高温区域也有变小的趋势,炉膛温度趋于均匀。随着天然气预热温度的升高,炉膛最高温度近线性增大,平均温度先减小后增大,CH_4浓度近线性降低,O_2浓度近指数型增加,NO浓度先减后增,且NO的高浓度区域分布与高温区域基本对应。     

燃气炉内旋流强度对NOx生成特性的影响

 NOx的控制是燃气炉燃烧过程洁净优化的重点,其关键问题在于湍流燃烧过程中NOx的生成机理。采用燃气实验炉和综合烟气分析仪等设备,研究了旋流强度对平焰燃气炉内火焰特性、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。准确测量了不同燃烧工况下炉内中心垂直剖面温度和烟气中NOx含量,并分析了不同旋流强度下炉内火焰特性。研究结果表明,适当增大旋流强度可以使燃烧区和炉膛顶部温度更加均匀,进而有效降低烟气中NOx的含量。     

包钢长材厂蓄热式加热炉数值模拟

以包钢长材厂蓄热式加热炉为研究对象,利用Ansys软件采用k-ε湍流模型、P-1辐射模型等,模拟了采用交错燃烧组织方式加热炉内各物理场分布情况。发现该种燃烧方式下,炉内流动涡流运动明显加强,有利于燃烧的混合和组织。但出口附近的回流造成燃烧短路,高温烟气不易达到炉膛中心,易造成炉内温度不均匀,氧气浓度相对较高不利于钢坯生产,因此该平顶、平底炉型采用交错换向燃烧有待于进一步实践验证。     

煤粉锅炉高温空气燃烧研究

对125 MW四角切向燃烧煤粉锅炉炉膛内的燃烧、传热过程进行研究,预测了不同空气温度下炉膛内的流场分布、温度分布和气相浓度分布。结果表明:各种工况下,炉内高温区出现在燃烧器区域,随着炉膛高度的增加,温度逐渐降低;相比低温区,高温区内的CO浓度较高,CO2和O2浓度较低;从各燃烧器喷口出来的气流围绕一个切圆运动,切圆直径内和贴近炉墙的气流速度都较低,其他区域气流速度较高;在达到工业生产要求的炉内温度时,二、三次风使用高温空气,可以降低总空气量和煤粉消耗量,同时还可以减少污染物的生成量,达到节能减排的目的;随着空气温度的升高,炉膛内同一截面的温度更加趋于均匀,这样水冷壁各管吸热均匀,有利于锅炉水循环的稳定性。     

甲烷无焰燃烧及NO生成特性研究

为了对甲烷无焰燃烧进行机理性研究,在搭建的无焰燃烧实验台上进行了甲烷在常温空气下无焰燃烧特性的实验研究,采用数值模拟的方法研究了改变燃烧器的参数对甲烷扩散燃烧火焰温度、NO生成量及无焰燃烧的影响规律。结果表明,当燃烧器燃料喷嘴与空气喷嘴间距增大时,炉内火焰峰值温度逐渐降低,出口NO排放浓度也随之减小,越有利于达到无焰燃烧状态;当燃烧器空气喷嘴孔数增加或燃料喷嘴孔径增大时,炉内火焰峰值温度逐渐升高,出口NO排放浓度也随之增加,越不利于达到无焰燃烧状态。     

空气单蓄热式烧嘴燃烧过程的数值模拟及其参数优化

文章建立了空气单蓄热式烧嘴的物理数学模型,采用FLUENT软件对蓄热式烧嘴的燃烧过程进行了三维数值模拟.研究表明,煤气和空气约在炉宽方向6～7m处燃烧完全,炉宽方向3～7m的区域为高温段,温度最高峰值约在5m处;炉内平均温度随煤气负荷和二次空气预热温度的增加而增加,随一次风比例的增加而降低;煤气负荷和二次空气预热温度对炉内温度场分布的影响最为显著,空气系数次之,而一次空气量的影响较小.     

旋流对烟气自循环燃烧室影响的数值分析

在烟气自循环燃烧器的环形空气通道中添加了旋流叶片,分析了旋流对炉内速度、温度和组分浓度及污染物生成的影响。研究表明:旋流叶片可以起到良好的导流作用,能有效地组织燃烧室内的流场,使空气射流外翻卷吸大量高温烟气回流,增强了反应物的混合和燃烧,提高了炉内的温度水平。由于烟气回流反推燃料,使燃料一进入炉膛就剧烈反应,形成了局部高温区域,导致NO的大量生成,但是烟气自循环燃烧器的稀释作用,使NO的排放仍在较低范围内。     

170t/h锅炉三种煤气混烧的燃烧特性研究

利用FLUENT软件,对某钢厂170t/h高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气掺烧的燃气锅炉的燃烧特性进行三维数值模拟,气体湍流燃烧采用通用有限化学反应速率涡耗散模型。计算结果与锅炉实际运行、热力计算结果相差不大,说明了模拟的正确性。将数值模拟与热力计算结果相结合,分析了三种煤气不同的掺烧比,不同的过量空气系数,不同的空气、燃气的预热温度等因素对燃气锅炉性能的影响,提出了最佳的煤气掺烧比、最佳过量空气系数和最佳的空气煤气预热温度,为燃气锅炉的运行优化提供了参考。     

高炉煤气无焰纯氧燃烧过程数值模拟

采用ANSYS FLUENT对高炉煤气的无焰纯氧燃烧过程进行数值模拟,获得燃烧反应后燃烧室内的温度场以及组分浓度场。研究结果表明:无焰纯氧燃烧(OF)技术与同等条件下的空气燃烧(AF)相比,火焰区域的温度分布比较均匀,实现了"无焰化",炉内最高温度将近2100K;OF组在整个炉膛轴向范围内NO_x浓度增加缓慢且趋于稳定,OF组中NO_x生成速率及生成量均远低于AF组,无焰纯氧燃烧大幅度降低了NO_x生成。     

射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。空气射流喷口为5个等面积的圆形,置于燃气射流喷口周围。湍流输运方程采用标准k-ε双方程模型,气相燃烧模型采用β函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型NOx。对燃气射流和空气射流的进口参数对燃烧室内的燃烧特性的影响进行了模拟计算和分析。计算结果表明射流进口参数将影响和改变燃烧室内的烟气回流及其与燃料、空气的混合过程,从而影响局部温度、氧浓度的分布和决定燃烧状况、影响最终的NOx排放量。其中随着燃料射流和空气射流速度比和燃料射流倾角的增大,燃烧室内的烟气回流区域扩大,强化了燃料、空气和烟气的混合,使低氧区域扩大,燃烧室内最高温度和平均温度都降低,NOx生成量明显降低。研究结果对于工业炉的烧嘴设计有一定参考意义。