燃煤与半焦混合燃烧过程中燃尽风配风位置对燃烧特性影响的模拟研究

以某2.4 MW旋流燃烧炉为研究对象,基于数值模拟研究了煤粉与半焦混合燃烧过程中燃尽风配风位置对燃烧特性的影响。结果表明:燃尽风配风位置对燃尽特性有显著的影响,燃尽风配风位置越靠近主燃区下游,燃料在主燃区的停留时间越长,在燃尽区的停留时间越短,未燃尽焦炭反应越不充分,其燃尽程度越差。因此,在实际运行或改造中,在确保氮氧化物(NO_(x) )排放满足要求的情况下,建议尽量使燃尽风配风位置靠近主燃区,该方式有利于改善半焦的燃尽特性。

同向和反向合成气旋流扩散燃烧研究

针对同向和反向合成气旋流扩散火焰燃烧开展研究,测量了燃烧中间产物OH自由基浓度、火焰温度及污染物的排放。实验结果表明,燃烧的稳定性受旋流产生的回流区和扩散混合两方面的因素控制,加强回流有利于燃烧稳定,加强混合也有利于燃烧稳定。燃料和空气同向旋流和反向旋流相比,总回流量较大,能够向回流区卷吸更多的活性自由基OH和热量,从而有利于燃烧稳定。当燃料和空气的旋流数比较小时,混合对燃烧的稳定性也会产生重要影响,空气和燃料的反向旋流由于混合较为强烈从而稳定性比空气和燃料同向旋流时要好。尽管NOx排放受混合的影响,但针对文中的实验,主要是热力型机理对NOx的排放起作用。在CO排放中,较低功率下由于温度较低导致CO排放指数较高,实验中当功率大于34kW时,温度较高,CO排放接近于零。

双旋流燃烧室主燃区流动特性PIV测量和分析

针对采用斜切径向双级旋流器的环形燃烧室单头部矩形模型,利用非接触式测量方法粒子成像测速仪(PIV)测量了主燃区的300K冷态速度场。采用Realizableκ-?湍流模型和稳态层流火焰面燃烧模型对燃烧室的冷流和燃烧流场进行数值模拟,得到燃烧室流场的速度分布和流场结构,并与试验测量数据进行对比验证。结果表明:瞬态流场结构变化剧烈,旋流和主燃射流的边界形成大量小尺度漩涡结构,回流区具有强烈的搅拌作用,回流区下游滞止点位置是随机变化的;反向旋流器比同向旋流器产生的回流区尺寸更小,燃烧状态的回流区尺寸比冷流的小,但主要受火焰筒壁面和主燃射流的约束;外旋流在距离头部5mm距离内控制内旋流,保持旋向相同;燃烧增大主燃射流穿透深度,改变流场的对称性。

600MW机组对冲燃煤锅炉尾部CO浓度偏高的调整试验

某超临界600 MW机组旋流对冲燃烧锅炉低氮改造后,由于运行调整不理想,致使锅炉尾部C O浓度偏高且N Ox 排放未达到预期目标.分析认为,其主要原因是锅炉沿炉膛宽度及深度方向氧量分布不均所致.对此,根据燃烧器改造后的结构特点,对燃烧器参数进行优化调整,在保证NOx 排放的前提下将锅炉满负荷时尾部 CO 浓度由2000μL/L 左右降至100μL/L以下,飞灰可燃物含碳量降至0．5％以下,锅炉效率提高0．8百分点,NOx 排放浓度由改造前的400~450 mg/m3降至250 mg/m3左右.

不同去旋角度进气共转盘腔内流动与换热研究

以带有去旋喷嘴的共转盘腔为研究对象,运用RNG k-ε湍流模型,分别对3种喷嘴角度(90°、60°、30°)的3维模型进行了数值计算,揭示了去旋角度对盘腔内气体切向速度、盘腔内压降和转盘表面换热的影响规律。研究结果表明:随着去旋角度的减小,盘腔内气体的切向速度减小,盘腔内压降减小,转盘表面的局部努赛尔数Nur增大。

前后对冲旋流燃煤锅炉CO和NO_x分布规律的试验研究

针对某电厂600MW超临界机组前后对冲燃煤锅炉CO排放质量浓度较高且局部易出现峰值、沿炉膛宽度方向左右侧偏差明显、在不同O2体积分数下变化较大的现象,通过现场试验分析了O2体积分数和燃尽风风量对CO和NOx排放质量浓度的影响,提出了降低CO排放质量浓度的调整控制措施.结果表明:该电厂前后对冲旋流燃煤锅炉的CO排放质量浓度较高是由于配风不均而造成的;关小侧燃尽风二次风挡板开度及燃尽风二次风和三次风挡板开度,有利于降低CO排放质量浓度;综合考虑CO和NOx排放质量浓度的变化趋势,运行O2体积分数为3.0%时较为合适.

改进型HT-NR3旋流燃烧器在超(超)临界机组锅炉上的应用

以2台超(超)临界机组锅炉为例,介绍了改进型HT-NR3旋流燃烧器的运行特点及燃烧调整试验结果,分析了其配风参数对锅炉运行经济性及环保性能的影响,并针对旋流对冲燃烧锅炉普遍存在的尾部CO浓度高、侧墙水冷壁高温腐蚀、燃烧器喷口结渣、左右两侧汽温及氧量偏差大等问题,提出了对主燃烧器内二次风口及外旋流风叶片开度、燃尽风燃烧器外旋流风及内直流风口开度、两侧风箱挡板开度等的调整措施,以实现旋流低氮燃烧器的高效、低污染燃烧。

同轴分层流旋流燃烧器NO_x生成特性研究

同轴分层流旋流燃烧器是一种新型低NO_x燃烧器,可以通过1、2次风的适当配置,达到降低NO_x生成的目的。在自行开发设计的同轴旋转分层流旋流燃烧器上,对不同1、2次风旋流强度,1、2次风不同配比工况下NO_x的生成特性进行了研究。结果表明,1次风需要保持一定的旋流强度,并达到一定的水平,同时2次风配以适当的旋流强度,在一定的1次风率下,才能达到降低NO_x生成量的目的。在本文试验条件下,1次风旋流强度为0.35～0.47,同时2次风配以适当的旋流强度和1次风率,分别为1.30～1.50和33%,NO_x生成量低于其他工况。在运用旋转射流分层流原理的同时配以适当的机械方法,如增加扩口,NO_x生成与排放水平可以进一步适当降低。

二次风对骨料烘干煤粉燃烧器的影响分析

合理的参数选择是提高煤粉燃烧效率的关键。针对特定的煤粉燃烧器内部动力场,建立合理的数学模型,对其进行数值仿真,分析二次风的风速及旋流强度对温度场、燃烧率、平均混合物分数、CO质量分数的影响,其结果与燃烧理论有较好的一致性。进而得出二次风速度的合理取值范围为50m/s^60m/s,二次风旋流强度的合理取值范围为0.25~0.75,为煤粉燃烧的有效控制提供了理论基础。

同轴旋流低NOx燃烧器空气动力场中一次风转捩长度

运用CCD摄像机对同轴旋转分层流低N0x燃烧器出口空气动力特性进行了可视化研究，对采集的图像进行了一系列处理。提出了一次风边界转捩长度的概念，并对其进行了定义，进而分析了一次风边界转捩长度的影响因素及其变化规律。研究结果表明：一次风转捩长度是一、二次风旋流强度和一、二次风风量比共同作用的结果，其大小范围取决于两者的配置；只有当两者处于合理配置时，燃烧器才能处于较好的燃烧工况。该研究结果为同轴旋转分层流燃烧器分层机理的研究打下了基础。

350MW机组锅炉掺烧准东煤结渣问题分析

准东五彩湾煤属于极易着火、极易燃尽,燃烧性能优异的煤种,但该煤种煤灰中钠与钙含量均较高,具有严重的结渣、沾污特性。对此,以准东五彩湾电厂2号机组为研究对象,采用数值模拟方法对前后墙对冲、旋流燃烧器锅炉掺烧准东煤的炉内温度场和煤粉颗粒流动等进行分析研究。结果表明,锅炉后墙燃烧器的外二次风旋流强度过大,引起后墙水冷壁附近烟气温度过高,炉内热气流作用引发D层燃烧器煤粉气流贴墙,导致后墙结渣严重,影响掺烧准东煤锅炉的安全与经济运行。建议在掺烧准东煤过程中,根据实际情况进行负荷扰动,或间歇性从底层A/B磨煤机掺入低钠煤,以减轻结渣。

基于波瓣旋流燃烧器的甲烷燃烧污染物排放特性

贫燃预混燃烧方式是抑制燃烧过程中NO_x生成的方法之一,但易出现燃烧不稳定现象.针对这一问题,试验采用波瓣旋流燃烧器,研究了当量比、预混气分级比、预混气分级形式对NO_x和CO排放规律、燃烧室声压峰值及火焰形态的影响.结果表明,随着当量比的减小,烟气中NO_x浓度减小,而CO浓度上升.旋流侧流量/波瓣内侧流量减小时,烟气中NO_x浓度降低,CO浓度增大.通过调节旋流器和波瓣外侧预混气分级比,NO_x和CO的排放浓度都有所下降,并在旋流侧流量、波瓣内侧流量、波瓣外侧流量分级比为6∶0∶4时浓度较低.燃烧室内声压峰值随当量比的减小而增大.当量比为0.60,预混气分级比为5∶0∶5时,燃烧室声压峰值最低,燃烧较为稳定.

进口流量对无管式减涡器流阻特性影响研究

为分析进口流量对压气机引气系统无管式减涡器压力损失的影响及无管式减涡器减阻效果,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对无管式减涡器开展研究,并与直喷嘴模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,建立了无管式减涡器流阻特性"S"形曲线三分区模型,分析了无管式减涡器各截面间压力损失及其占比随无量纲质量流量变化规律。在计算流量范围内,与直喷嘴模型相比,无管式减涡器平均可降低压气机引气系统压力损失约45.9%。在第二拐点处,共转盘腔内压力损失降低了96.44%,此时无管式减涡器减阻效果最佳,较直喷嘴模型压力损失降低了73.44%。

预混燃烧室的NO_x与CO排放性能研究

建立了一套预混燃烧装置,进行了不同过量空气系数a、预混段长径比L/D、燃气平均速度v和旋流器旋流数Sn下的燃烧试验,研究了不同燃料-空气预混条件对燃烧尾气中污染物NOx与CO体积分数的影响。结果表明：当过量空气系数a〉1.1时,NOx与CO体积分数均呈下降趋势;预混长径比L/D在4~8时,增长预混长度可以减少污染物NOx的排放;减小燃气平均速度可以降低NOx体积分数,但CO体积分数略有增加;强旋流（Sn〉1.56）可以增强预混,降低NOx体积分数,但强旋流下CO体积分数增加迅速。

生物质混燃的新型旋流燃烧器特性分析

设计了一种适用于生物质和煤粉混燃的旋流燃烧器,并用CFD软件对其混燃的燃烧特性进行数值模拟,明晰其燃烧过程及相应的燃烧参数,得到最佳混燃比和最佳燃烧状态。分析结果表明:生物质和煤粉混燃与燃煤锅炉相比,其经济性、环保性、效率性等都有明显提高,

旋流对冲燃烧锅炉降低CO排放的燃烧优化

针对某660 MW前后墙旋流对冲燃烧锅炉出现空气预热器入口和水冷壁两侧墙贴壁CO质量浓度较高的现象,结合就地勘测及性能试验数据进行了分析,并开展了燃烧优化试验。在静态燃烧调整的基础上,建立C层层操二次风门挡板开度与机组负荷的函数关系,并用机组负荷来修正原始逻辑中C层层操二次风门挡板开度。结果表明:造成空气预热器入口和水冷壁两侧墙贴壁CO质量浓度较高的原因是煤粉偏细、燃烧器与分离燃尽风的就地调整方式不合理以及C层层操二次风门挡板开度过大;高负荷下空气预热器入口CO质量浓度可以降至300 mg/m^(3)以内,水冷壁两侧墙的贴壁CO质量浓度从58000 mg/m^(3)以上降至12000 mg/m^(3)以内;逻辑优化后机组在动态过程中降低了CO排放,燃烧优化效果较为明显。

翅片安装高度对共转盘腔减阻特性影响的数值研究

为了探索翅片安装高度变化对共转盘腔径向内流总压损失的影响规律,对不同转速、翅片径向安装高度下的去旋系统展开了数值研究,得到了不同工况下径向内流共转盘腔的流场结构及总压损失分布曲线。研究结果表明:翅片安装高度能够影响盘腔内部旋流比分布情况,翅片吸力面流体的旋流比大于压力面侧;随着翅片安装高度的升高,减涡器的总压损失先减小后增大;在所研究工况及结构参数下,翅片下端径向高度与盘腔高度比值为0.476时减涡器的减阻效果最好,压力损失系数降低16%左右;在一定条件下,翅片式减涡器总压损失主要集中在翅片所在盘腔分区;翅片上端和下端盘腔分区总压损失对减阻性能的影响起决定性作用,且上端的影响大于下端的影响。

新型翅片式减涡器减阻特性数值研究

为了降低压气机径向引气过程中的压力损失,在设计出新型翅片单元结构的基础上,研究了新型翅片单元结构对径向引气压力损失的影响规律,对不同转速、新型翅片结构的去旋系统开展了数值研究,得到了不同工况下压气机共转盘腔径向引气的流场结构及压力损失分布曲线。研究结构表明:新型翅片单元结构能够抑制盘腔内气流旋流比,降低引气压力损失;翅片单元通道宽度和高度均存在最佳值使得减涡器减阻效果较好,在优选结构翅片单元通道宽度L=0.78,通道高度R3=0.97的条件下,其减阻效果较简单盘腔模型提高86.5%。高低翅片结构能起到较好的减阻效果,随着单侧翅片高度的升高减阻效果逐渐增强,在本文结构下增加单侧翅片高度L1=0.3时减阻效果最优,且A侧或B侧翅片增加带来的减阻效益相同。一方面,最优高低翅片结构其减阻性能相比于简单盘腔模型、典型翅片式减涡器模型以及翅片单元通道宽度L=0.78,通道高度R3=0.97的结构模型分别提高87.5%,29%,7.8%;另一方面,最优高低翅片结构能够减轻翅片单元的质量,具有较高的工程应用价值。

压气机引气系统典型减涡器减阻特性对比分析

为对用于压气机引气系统的典型减涡器结构的减阻特性进行对比,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对带三种典型减涡器的径向内流共转盘腔模型开展研究,并与无减涡器共转盘腔基准模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,分析了各模型流场结构、速度分布、哥氏力分布和压力损失特性,对典型减涡器的减阻特性有了更深入的认识。结果表明:虽然三种典型减涡器结构差异较大,通过布置不同结构的减涡器,降低或抑制了共转盘腔内旋流比的增长速度和幅度,显著降低了压气机引气系统径向内流共转盘腔的压力损失,获得相近的减阻效果。与基准模型相比,在计算模型进出口截面间,去旋喷嘴式减涡器模型压力损失降低了73.4%;管式减涡器模型压力损失降低了80.7%,翅片式减涡器模型压力损失降低了84.5%。

喷嘴结构对去旋系统减阻特性影响的数值研究

为了探索去旋喷嘴式减涡器的结构变化对共转盘腔径向内流压力损失的影响规律,对不同转速和喷嘴结构下的去旋系统开展了数值研究,获得了不同工况下径向内流流场结构以及压力损失的分布曲线。研究表明:去旋喷嘴可有效提高共转盘腔内压力损失开始急剧增长的临界转速;方形喷嘴与圆形喷嘴降低压力损失效果接近;缩小喷嘴入口方向与气流旋转速度方向之间的夹角可有效改善喷嘴的进气条件;同一周向位置,喷嘴总流通面积保持不变,沿轴向增加喷嘴数目会造成更多的压力损失。