Response Surface Modeling of Fuel Rich and Fuel Lean Catalytic Combustion of the Stabilized Confined Turbulent Gaseous Diffusion Flames

The Response Surface Methodology (RSM) has been applied to explore the thermal structure of the experimentally studied catalytic combustion of stabilized confined turbulent gaseous diffusion flames. The Pt/γAl2O3 and Pd/γAl2O3 disc burners were situated in the combustion domain and the experiments were performed under both fuel-rich and fuel-lean conditions at a modified equivalence (fuel/air) ratio (ø) of 0.75 and 0.25 respectively. The thermal structure of these catalytic flames developed over the Pt and Pd disc burners were inspected via measuring the mean temperature profiles in the radial direction at different discrete axial locations along the flames. The RSM considers the effect of the two operating parameters explicitly (r), the radial distance from the center line of the flame, and (x), axial distance along the flame over the disc, on the measured temperature of the flames and finds the predicted maximum temperature and the corresponding process variables. Also the RSM has been employed to elucidate such effects in the three and two dimensions and displays the location of the predicted maximum temperature.

Response Surface Methodology and Artificial Neural Network Methods Comparative Assessment for Fuel Rich and Fuel Lean Catalytic Combustion

Modeling, predictive and generalization capabilities of response surface methodology (RSM) and artificial neural network (ANN) have been performed to assess the thermal structure of the experimentally studied catalytic combustion of stabilized confined turbulent gaseous diffusion flames. The Pt/γAl2O3 and Pd/γAl2O3 disc burners were located in the combustion domain and the experiments were accomplished under both fuel-rich and fuel-lean conditions at a modified equivalence (fuel/air) ratio (ø) of 0.75 and 0.25, respectively. The thermal structure of these catalytic flames developed over the Pt and Pd disc burners was scrutinized via measuring the mean temperature profiles in the radial direction at different discrete axial locations along with the flames. The RSM and ANN methods investigated the effect of the two operating parameters namely (r), the radial distance from the center line of the flame, and (x), axial distance along with the flame over the disc, on the measured temperature of the flames and predicted the corresponding temperatures beside predicting the maximum temperature and the corresponding input process variables. A three-layered Feed Forward Neural Network was developed in conjugation with the hyperbolic tangent sigmoid (tansig) transfer function and an optimized topology of 2:10:1 (input neurons:hidden neurons:output neurons). Also the ANN method has been exploited to illustrate the effects of coded R and X input variables on the response in the three and two dimensions and to locate the predicted maximum temperature. The results indicated the superiority of ANN in the prediction capability as the ranges of & F_Ratio are 0.9181 - 0.9809 & 634.5 - 3528.8 for RSM method compared to 0.9857 - 0.9951 & 7636.4 - 24,028.4 for ANN method beside lower values for error analysis terms.

淬熄高度和空气分配比例对RQL燃烧室燃烧特性的影响

基于富油/淬熄/贫油(RQL)技术原理,设计一种燃气轮机低排放燃烧室.在保持燃烧室进口参数不变的前提下,研究不同淬熄结构高度及空气流量分配比例对燃烧室内流场、温度场及污染物生成特性的影响.结果表明:淬熄结构高度和空气分配比例是影响燃烧室燃烧性能的重要参数,随着淬熄结构高度的降低,燃烧室出口氮氧化物NO_(x)的排放量增加;随着富油区主燃孔与淬熄空气质量流量的空气分配比例降低,燃烧室出口NO_(x)的排放量先降低后增加,存在一个最佳的空气分配比例使NO_(x)排放量最低;热力型NO_(x)的生成量与温度高于1900 K的区域大小和最高燃气温度存在直接关系.基于此设计的燃烧室在所研究的工况下,最低NO_(x)排放量可低于35 mg/m^(3),达到了低污染燃烧室排放标准.

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NO_(x)排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_(x)排放特性和影响NO_(x)生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究.结果表明:在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_(x)排放可降至54×10^(-6)(15%O_(2)).H+O_(2)(+M)=HO_(2)(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_(x)排放的关键反应.燃烧压力的升高会促进NO与HO_(2)反应并转化为NO_(2).对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%~80%)会导致NO_(x)排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%~55%)则有利于实现较低的NO_(x)排放(54×10^(-6)~86×10^(-6)(15%O_(2))).

贫/富甲醇换热器壳程通道堵塞的原因及处理

某公司低温甲醇洗装置在生产运行期间,出现贫/富甲醇换热器壳程富硫甲醇循环量下降、管程贫硫甲醇温度升高、再吸收塔下塔积液、热再生塔液位偏低和尾气中携带甲醇等异常工况,伴随工况恶化,净化气中二氧化碳含量和硫化物含量经常超标。为此,制定并实施了一系列在线维护方案。装置开车后富硫甲醇循环量恢复正常,装置负荷由停车前的65.0%提升至76.5%。

贫煤锅炉全烧烟煤燃烧器改造技术研究

以某600 MW超临界前后对冲燃烧方式锅炉为研究对象,该锅炉煤种由贫煤更换为低灰熔点烟煤后存在炉膛结渣严重问题,分析发现燃烧系统改造时需考虑降低燃烧器区域热负荷,防止燃烧器区域温度过高引起炉膛发生严重结渣;为防止炉膛火焰中心上移,不能过多降低燃烧器区域热负荷,否则可能引起屏式过热器结渣、再热器超温、减温水量大、稳燃能力不足等问题。在改造方案中,将其上层燃烧器整体抬高2 500 mm,中层燃烧器整体抬高500 mm;改造后,中上层燃烧器的层间距为6 742 mm,中层与下层燃烧器层间距为5 242 mm。通过燃烧器不等间距布置,在THA工况下,可大幅降低燃烧器区域壁面热负荷至1.39 MW/m^(2);机组50%负荷及以上时,主汽温度达到571℃,再热汽温达到569℃,锅炉效率大于94%,炉膛出口烟气温度为1 000℃,高温再热器进口烟气温度为984℃,均低于燃用煤种灰熔点,可以较好地预防受热面结渣和燃烧器附近结渣。省煤器出口CO体积浓度最大为180μL/L,NOx质量浓度最大为235 mg/m^(3)(N),各项参数均满足改造目标要求。

负压脱苯换热网络优化

利用Aspen软件结合目前常用的负压脱苯工艺中换热网络进行模拟分析,设计了几种换热网络。根据数据分析优化出相对合理的换热方案,以期达到节能降耗的目的。

管壳式换热器换热管的泄漏失效原因

某管壳式换热器在运行过程中发生了换热管泄漏现象,导致换热器失效。为防止此类事件再次发生,采用化学成分分析、微观形貌观察,腐蚀产物分析等手段对换热管失效的原因进行了全面研究。结果表明:换热管的C含量偏低,外壁出现了脱碳现象,脱碳层厚度约362μm。换热管内壁和腐蚀坑内覆盖着大量絮状腐蚀产物,其Fe、O、S、C元素含量较高,腐蚀产物主要由铁的氧化物(Fe_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3))、铁的硫化物(FeS和FeS2)、铁的硫酸盐[Fe_(2)(SO_(4))3]和碳酸盐(FeCO_(3))组成。认为是换热管在H2S和CO_(2)的协同作用下引起了局部腐蚀破坏,H2S破坏了换热管表面的FeCO_(3)产物膜,造成换热管局部区域形成了腐蚀电池,导致腐蚀破坏的发生。

一种新型中心富燃料直流煤粉燃烧器燃烧性能试验研究

为提升直流煤粉燃烧器在促进煤粉着火燃尽及降低NO_(x)生成方面的性能,哈尔滨锅炉厂在某原型燃烧器基础上,通过构建两级煤粉浓缩、设置钝体稳燃板及稳燃齿等点火强化及分级燃烧措施,设计开发一种中心富燃料直流煤粉燃烧器。为研究该燃烧器的综合性能,结合燃烧器冷态流动及热态燃烧试验,对比分析原型燃烧器及新型燃烧器的回流区形成、燃烧及NO_(x)生成特性。研究表明,相比于原型燃烧器,新型燃烧器能够在出口处构建更大的回流区分布,且煤粉气流着火位置由90cm附近大幅缩短至10~20cm,煤粉燃烧稳定性明显改善。新型燃烧器在兼顾115mg/m^(3)(O_(2)=6%)较低NO_(x)排放浓度的同时,能够明显提升煤粉燃尽效果,对应飞灰可燃物含量由6.5~9.5%降低至1.5~3.9%,CO排放浓度由800mg/m^(3)(O_(2)=6%)以上降低至160mg/m^(3)(O_(2)=6%)以内,在综合燃烧性能方面较原型燃烧器显现出了更好的优越性。

微混喷嘴结构对氢混燃料/空气掺混均匀性的影响分析

采用数值仿真方法开展了燃气轮机燃烧室微混喷嘴中富氢燃料/空气掺混均匀性问题研究。首先分析了三种不同微混喷嘴结构的燃料浓度分布和掺混均匀性指数变化规律,发现采用燃料轴向进气、空气径向进气的燃料/空气掺混方式,能够在合理的总压损失范围内,获得更好的掺混均匀性。然后分析了三种喷嘴的流场特性,不同径向位置处的轴向速度分布表明,燃料和空气的射流速度会对喷嘴内燃料/空气掺混水平造成影响,燃料径向喷入和从喷嘴中心区域轴向喷入在轴向高速射流作用下被吹向下游,不能均匀的沿径向扩散并分布到喷嘴流道内部,使燃料/空气掺混均匀性提高受限。最后分析了富氢燃料中氢含量变化对掺混均匀性的影响,研究结果表明,氢含量变化会带来燃料射流速度的改变,当燃料射流速度超出合理范围后,会导致掺混均匀性下降。研究结果为微混喷嘴燃料/空气喷注策略设计提供参考。

碳捕集系统中贫富液换热器的热经济学优化研究

以锦界电厂15万t/a CO_(2)捕集系统数据为基础,通过贫富液换热器的设计和运行的优化研究,达到对CO_(2)捕集贫液所含热量的充分利用。以最大年收益为目标函数,建立模型,推导出最大净收益时的最优效能εopt与最优传热面积A opt的关系。根据电厂碳捕集系统中蒸汽先做功后供热的特点,创新性地提出了热电联产供热热价的计算公式。结果表明,与按锅炉供热热价相比,按照热电联产供热热价优化的贫富液换热器的传热面积更小,传热温差更大,采用热电联产供热热价优化得到的结果更合理。当采用热电联产供热热价优化贫富液换热器时,能从贫液中多回收热量900 kW,二氧化碳捕集可减少蒸汽量消耗0.36 kg/s,节能率为6.2%。

文丘里浓淡煤粉燃烧器的分离特性和阻力特性研究

通过对不同结构尺寸的文丘里管内气固两相流动的数值模拟,研究文丘里浓淡煤粉燃烧器的分离特性和阻力特性与文丘里管结构尺寸的关系,为设计和应用新型的浓淡煤粉燃烧器提供理论依据。该浓淡煤粉燃烧器将在防止燃烧器区域结渣,降低氮氧化物(NOx)排放和改善劣质煤着火特性方面发挥作用。

煤粉浓淡旋流燃烧器空气动力学特性的数值模拟

将湍流重整化群 ε方程与 Zhang Jian提出的新代数应力模型结合 ,用于模拟煤粉浓淡燃烧器喷口强旋转流场。通过对 7个工况流场的计算 ,并与实验结果比较 ,得出燃烧器喷口流场随参数变化的规律 。

可控煤粉浓淡旋流燃烧器着火稳燃的简化模型及其在旋流回流区中的应用

介绍了可控浓淡旋流燃烧器浓淡分离的原理及试验结果，利用回流区搅拌均匀反应热理论模型，结合风粉射流浓淡分离特点及颗粒浓度分布实验结果，通过热质交换平衡分析，建立了一个旋流燃烧器浓淡煤粉在回流区着火及气流火焰稳定性综合模型，求解得到燃烧器稳定着火燃烧的特征参数及燃烧器结构、运行参数变化对着火的影响，获得使煤粉稳燃的最小回流区长度及主流煤粉浓度，并结合工业性试验结果，对模型进行了验证。

煤粉浓淡旋流燃烧器喷口气固两相流动的数值模拟

在实验基础上 ,运用 RNG-ASM和 FCFSRT模型对煤粉旋流浓淡燃烧器的气固两相流进行数值模拟 ,并与实验结果进行对比 ,得出了合理的颗粒速度场和浓度场 ;比较和计算了浓缩和未浓缩的颗粒场特性 ,说明了浓淡分离燃烧器的浓淡燃烧的机理 ;最后对浓淡分离燃烧器煤粉混合特性作了数值模拟 ,指出了煤粉浓淡混合的区域。图 1 0参

少油点火与水平浓淡燃烧器相结合在一台600MW机组锅炉上的应用

介绍了为减少煤粉锅炉启动用油 ,将少油点火与百叶窗水平浓淡煤粉燃烧器结合 ,并且应用在一台 6 0 0MW的锅炉上的设计、试验和应用情况。点火小油枪的布置位置没有按照传统作法布置在下一次风口内 ,而是将其放置在紧邻下一次风口的二次风口中 ,以避免其因磨损而失效。利用水平浓淡燃烧的特点 ,将小油枪火焰尽量冲向浓侧煤粉气流 ,以便尽可能充分混合。试验表明 ,这种技术能够可靠地点燃煤粉并稳定燃烧 ,取得了显著的节油效果。此外 ,由于每支小油枪都配有专门的火焰检测器 ,而且并入了FSSS系统 。

670t/h燃贫煤锅炉NO_x排放及稳燃特性的工业试验研究

为降低一台670t/h燃用贫煤锅炉NO_x排放并提高锅炉稳燃性能,采用水平浓淡风煤粉燃烧器技术对4层一次风进行了改造。通过炉内空气动力场测量和锅炉的燃烧调整,使锅炉NO_x排放量较改前降低了37.9％。研究了不同配风方式、给粉方式及入炉总风量变化对NO_x排放量和固体未完全燃烧热损失的影响,对燃用贫煤的锅炉的运行和改造具有一定参考作用。

可调浓度燃烧器波形稳燃体出口流场特性的试验研究

提出在燃烧器出口加装稳燃体和中心风的设想,依靠中心风的大小控制高温烟气热回流量来实现煤粉气流的着火与稳燃。研究结果表明,稳燃体和中心风均明显改善了喷口外各段的中心回流区,并使得喷口外速度分布变化平缓,但过量的中心风可破坏回流区。优化采用稳燃体及中心风率(小于4%)将使可调浓淡燃烧器真正实现高效燃烧、低负荷稳燃和低NOx排放。

旋流煤粉燃烧器低NO_x排放技术

详细分析了煤粉燃烧的特点及其燃烧产物NOx的生成机理,从实用性与高效性上,对各种目前研究与应用的控制旋流煤粉燃烧NOx排放的技术,如低NOx旋流煤粉燃烧器、空气分级、再燃和尾部烟气脱硝等进行了介绍,联系运行的实际情况进行比较分析。

浓淡燃烧器两相流的分离特性和阻力特性的试验研究

针对浓淡燃烧器两相流的分离特性和阻力特性,采用冷态模化试验进行研究,全面了解它们的特性,以便改进燃烧器的性能。研究表明:浓淡分离装置的撞击挡块高度、挡块与隔板的距离都可以作为煤粉浓度调节的手段;挡块高度和气流速度对阻力损失的影响较大。