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。

钝体稳燃的旋流预混火焰污染物生成和流场分析

π型锅炉“煤改气”后的低氮燃烧器易发生火炬“刷墙”和积碳问题,而旋流预混燃烧方法因火炬短、燃尽快等优势备受关注。将贫预混旋流燃烧与钝体相结合,设计带有位移钝体的贫预混旋流燃烧器,通过移动钝体位置,可改变燃烧器出口流速。使用此燃烧器研究了不同旋流数、热功率、钝体位置工况下,旋流预混火焰污染物生成特性,并利用激光颗粒成像测速技术测量燃烧器喷嘴出口处流场。研究发现,NO_(x)生成量随旋流数增加呈先减小后增加的趋势,旋流数为0.25时,NO_(x)生成量最低;钝体位置固定时,由于此时流速随热功率的增加而增大,导致NO_(x)生成量随热功率的增加而降低,CO生成量随热功率的增加而增加;改变钝体位置保证出口流速不变时,NO_(x)和CO生成量均保持较低水平,NO_(x)生成量<12 mg/m^(3),CO生成量<7 mg/m^(3),且仅在最低热功率下有少量CO生成。通过分析流场和火焰可知,旋流数由0增至0.25时,火焰宽度增加,对周围烟气卷吸作用增强,NO_(x)生成量降低;旋流数由0.25增至0.83时,火焰宽度基本维持不变,但轴向回流增强,热烟气停留时间增加,NO_(x)生成量升高。因此,优化位移钝体位置和旋流数,可以使燃烧器出口流场和火焰结构更加合理,使污染物维持在较低水平。

位移钝体稳燃的湍流预混火焰污染物生成特性

利用位移钝体稳定甲烷贫预混燃烧火焰,测量了不同当量比、不同燃烧热功率在固定钝体高度和改变钝体高度情况下NO_(x)和CO的排放规律.当当量比从0.7升高到1.08,CO排放量呈上升趋势,NO_(x)排放量呈先上升后下降趋势.改变燃烧热功率,固定钝体高度不变时,CO排放量随燃烧热功率的增加逐渐上升,NO_(x)的排放量随热功率的增加逐渐下降;在保持流速不变而改变钝体高度时,CO和NO_(x)的排放量均比较低.