多相湍流燃烧数值模拟的收敛性分析

对燃油锅炉的燃烧过程进行了数值模拟,燃油采用癸烷作为模型分子式,雾化采用压力旋流雾化,燃烧采用一步统观模型,燃烧与湍流耦合采用Finite-rate/Eddy-dissipation模型。计算表明:当网格数目较少时,数值模拟的残差随迭代次数增大不断减小,可以通过残差小于某一小的阈值判定收敛;当网格数目足够大时,数值模拟的残差不再随迭代次数的增大单调递减,而是出现振荡或者稳定在一定范围内。在分析产生这种结果原因的基础上,针对大网格的多相湍流燃烧数值模拟收敛性判定出现的困难,通过大量反复的计算,发现当炉膛内部最高温度、炉膛出口平均温度和氧气平均浓度等随迭代步数变化100步,其相对值的变化都小于10^(-2)时,炉膛内的温度场、速度场、组分场等趋于稳定,以此可以作为判定大网格下多相湍流燃烧数值模拟收敛的判据。

多相湍流燃烧数值模拟的网格无关性分析

以燃油锅炉的燃烧过程为对象,在前期多相湍流燃烧收敛性分析的基础上,对数值模拟的网格无关性进行了研究,结果表明:采用炉膛最高温度不再随网格数目的增加而变化的方法判定网格收敛性与采用网格收敛指数(GCI)判定网格独立性的分析结果是一致的,本模型计算当网格数目大于510万以后,数值模拟的计算值与网格数目无关。

全烟气再循环燃油锅炉双旋流低NOx燃烧器的变负荷特性分析

通过对全烟气再循环条件下由开放射流与全扩散射流组成的双旋流配风器的燃油燃烧器进行数值模拟,由试验结果得出了计算条件下炉膛的烟气最高温度小于1 500K;负荷变化时,炉膛烟气最高温度几乎不变,最高温度区域随负荷降低而减小。

直流燃油MILD燃烧湍流介观特性研究

以尺寸φ410 mm×1 930 mm实验炉膛为对象,采用数值模拟的方法研究了燃油燃烧器参数(射流速度、射流间距、再循环烟气量、炉膛热负荷等)对炉内燃烧特性以及湍流介观特性的影响,根据湍流燃烧无量纲准则数判定燃油MILD燃烧模式。研究结果表明:当烟气再循环率为20%,空气高速射流速度为150 m/s,且空气喷嘴所在的圆环直径为炉膛直径的0.5~0.65倍时,炉膛内可建立燃油MILD燃烧模式,其火焰锋面的湍流介观参数位于湍流分区图中的良搅拌反应器区域,即l/l_F>1,Re_T>>1,Ka_δ>1,Da<1。燃油在MILD燃烧工况燃烧时,炉内温度峰值降低,氧浓度基本小于3%,炉膛出口NO_x排放浓度小于80 mg/m^3(标态)。

10MW全回热压缩空气储能系统分析

基于全回热压缩空气储能系统的概念,搭建10MW全回热压缩空气储能系统。分析压缩机和膨胀机的级数对全回热压缩空气储能系统电回转效率的影响,同时采用分析法研究全回热压缩空气储能系统的热经济性。得出2级～4级全回热压缩空气储能系统,其电回转效率为70.2%～75.3%;随着压缩机和膨胀机的级数增加,电回转效率降低;压缩机、膨胀机、回热换热器、地下含水层的损失系数分别为:30.9%～35.3%、23.3%～24.5%、37.4%～41.5%和3.9%～4.0%。

350MW级多炉型能源站的配置和运行优化

根据350MW级用户热负荷持续时间图,结合链条炉、煤粉炉、循环流化床锅炉的成本与容量、效率与负荷率的关系,建立以投资成本和运行成本为目标的数学模型,依据能量平衡、燃烧稳定性和锅炉调节特性形成约束条件,对该数学模型采用等微增率算法和序列二次规划算法分别进行最优化求解,对于配置优化,等微增率算法给出一台容量为51MW的链条炉,一台容量为187MW煤粉炉,一台容量为130MW的循环流化床锅炉;序列二次规划算法给出一台容量为38MW的链条炉,一台容量为214MW煤粉炉,一台容量为108MW的循环流化床锅炉,对比能源站规范设计三台180MW煤粉炉的配置,等微增率算法优化配置的投资成本减小17.6%,序列二次规划算法优化配置的投资成本减小21.2%。针对该用户侧连续14天共336个时间点的热负荷数据进行运行优化,相比于规范设计方法,等微增率法的运行成本降低10.4%,序列二次规划算法的运行成本降低15.7%。

燃油燃烧器的正交数值试验分析

对分级配风双旋流燃油燃烧器选取其结构参数内旋流叶片内径、内旋流数、外旋流数、轴向分速度和雾化角等五个变量进行了5因素4水平的16组正交数值试验,用极差法确定了炉膛燃烧因子最小时五个因素的最优组合,用方差法分析了影响炉膛燃烧因子的因素显著性程度。结果表明:内旋流数对炉膛燃烧因子影响最大,内旋流叶片内径影响较小,轴向分速度、外旋流数和雾化角影响最小。燃烧器在最优组合参数运行时,炉膛最高温度为1351K,炉膛平均温度为1102K,燃烧因子θ为18.43%。