燃气轮机中心分级燃烧器天然气掺氢燃烧的受迫振荡特性

天然气掺氢燃烧是燃气轮机机组降低碳排放重要措施之一,但掺氢燃料的组分变化会导致燃烧室火焰结构及燃烧稳定性发生变化.为分析中心分级燃烧器掺氢燃烧条件下的燃烧不稳定性问题,通过试验研究了燃烧器入口速度扰动下,不同掺氢比对中心分级掺氢燃烧的瞬态火焰结构、压力以及热释放响应的影响,并利用本征正交分解(POD)法提取了火焰脉动的特征模态,发现其主要包含火焰干涉区强脉动和轴向扰动两种模态.试验结果表明,随着掺氢体积比从0%增大到30%,火焰前沿向上游移动,两级火焰间距缩短,火焰干涉对应的脉动模态的能量占比增大,加强了压力与热释放的耦合,导致燃烧室内的压力响应增大9%,热释放响应增大37%.

径向分级燃烧室热声特性的试验研究

为了探究径向分级燃烧室燃料分配比例对燃烧室热声特性的影响,对工业级单筒4 MW功率等级径向分级燃烧室进行试验研究.试验中通过改变径向上值班喷嘴和主燃喷嘴的燃料分配比例,分析燃料分配比例对动态压力特征频率和幅值的影响.采用相空间重构方法和递归分析方法,探究燃料分配比例变化过程中燃烧室内热声状态的变化特征.结果表明,燃烧室内整体存在低频(70~90 Hz)和高频(200~230 Hz)2个主导频率.在燃料分配比例调节过程中,出现低频向高频跃迁现象.相空间重构图和递归图显示,当燃料分配比例增大时,燃烧室内热声状态存在切换过程:由准周期状态过渡为混沌状态,最终切换至极限环状态.

氨/二甲醚燃料分级燃烧的排放特性

由于本身含氮和氨的燃烧过程会造成高额燃料型NO_(x)排放,为了减少氨燃料利用过程释放的NO_(x),本研究采用燃料分级燃烧技术进行氨/二甲醚燃烧,通过实验探究了燃料分级方法对污染物排放特性的影响.研究发现燃料分级方法能够降低NO和NO_(2)的排放浓度,最高使得NO减少60.1%,NO_(2)减少88.7%.在进行单级燃烧时NH_(3)几乎被完全消耗,采用燃料分级方法后则会造成NH3排放,其浓度随二级氨注入量增多而增大,而NO浓度则随二级氨注入量增多而减小,当热功率为0.6 kW、局部当量比为0.85时,NH3和NO排放浓度达到3×10^(−3)左右的相同水平.实验结果表明燃料分级燃烧方式在降氮方面有良好应用前景.为了进一步了解污染物NO在分级燃烧过程中的生成和消耗特性,本研究建立了一种化学反应器网络(CRN)模型,在Chemkin软件中对本实验测试工况下的燃烧过程进行了模拟.结果表明,数值模拟准确预测了NO的排放数值,验证了CRN计算方法的准确性.敏感性分析表明二甲醚具有比常规碳氢燃料更强的活化作用,对NO生成具有显著的促进作用.产率分析表明,NO在一级燃烧区主要通过HNO路径生成,在二级反应区主要通过NH2+NO=N2+H2O和NH2+NO=NNH+OH反应被消耗.

煤粉富氧分级燃烧NO_(x)排放特性的实验研究

开发煤粉高效清洁燃烧技术是实现“双碳”目标的有效途径之一。该文利用两段式高温滴管炉,研究煤粉高温富氧分级燃烧条件下NO_(x)排放的规律。结果表明:二次风量过大或过小均不利于抑制NO的生成,并且二次风氧气浓度和二次风量对NO_(x)的排放规律存在交互影响;NO_(x)排放浓度最低对应的最佳二次风氧气浓度随二次风量氧气系数的增加而减小。当二次风量氧气系数为0.4~0.5且二次风氧气浓度为30%~70%时,存在多组工况NO_(x)排放浓度满足超低排放要求,并且此时飞灰含碳量均低于8%。高温富氧分级燃烧能实现煤粉高效燃烧的同时直接实现NO_(x)的超低排放。

射流喷嘴角度和当量比对轴向分级燃烧室中预混反应射流的影响

针对燃料轴向分级模型燃烧室进行了热态数值模拟,分析了射流喷嘴角度和当量比对模型燃烧室的速度场、温度场、停留时间、湍动能分布以及污染物排放量的影响。结果表明:随着射流当量比的增加,除45°外,射流喷嘴角度为90°和135°时射流喷嘴下游均有明显的回流产生,烟气在燃烧室中的停留时间增加;随着射流喷嘴角度的减小,一级燃烧区停留时间增加,二级燃烧区停留时间减少,但总停留时间增加;随着射流喷嘴角度和射流当量比的增大,燃烧室中高湍动能区域扩大;与90°和135°相比,在45°射流角度下,射流当量比较低时NOx质量分数较高,说明在一定的工况下射流角度为45°时NOx排放特性更低。

褐煤锅炉多重分级燃烧系统的数值模拟研究

针对褐煤锅炉在运行过程中出现的烟气冲刷水冷壁、高温腐蚀、结焦结渣、氮氧化物排放量升高问题,本文以四角切圆炉型为研究对象采用CFD方法研究了一种多重分级燃烧系统。结果表明:多重分级燃烧能够减小局部高温烟气区域,其合理的配风方式阻碍了高温烟气冲刷水冷壁,能够有效避免上述问题的产生;多重分级燃烧会导致屏底烟温升高。

主燃级旋流器对中心分级燃烧室出口性能的影响

针对中心分级燃烧室头部主燃级旋流器的结构参数变化,探究其对燃烧室出口性能的影响。首先建立三级旋流器的简化模型,再针对主燃级旋流器的旋流孔角度分别设计30°、45°、60°、75°。利用FLUENT软件对燃烧室沿轴向温度分布、出口温度分布、沿轴向NO_(x)分布、出口NO_(x)排放分布等4个方面进行对比分析。结果表明:当主燃级旋流器旋流孔角度为60°时,旋流器对中心分级燃烧室的出口温度分布性能最好,且中心回流区发展较好,旋流器对中心分级燃烧室的出口NO_(x)排放量最小。

基于PIV的中心分级燃烧室冷态流场试验

为了掌握中心分级燃烧室流场特性,利用粒子图像测速仪(PIV)对中心分级燃烧室的冷态流场进行试验,对具有不同流通面积的主模旋流器和副模旋流器出口流场进行了对比。结果表明:在压降相同条件下,副模旋流器单独工作时流过的空气流量约占主、副膜旋流器同时工作时的1/3;副模单独工作时,流场中无明显回流区,这表明副模旋流器主要作用是在燃烧室头部提供高速气流与燃油喷嘴喷出油雾颗粒充分混合形成油气混合物;在压降不变的条件下,随着主模旋流器流通面积的增加,空气流量增大,燃烧室头部流场分布受流通面积影响显著;在流通面积不变的条件下,随着供气压降的提高,空气流量增大,流场中旋转回流区位置向燃烧室头部方向移动,面积减小,中心回流区位置基本不变,回流速度加快。

神府烟煤和云南劣质烟煤富氧分级燃烧特性试验研究

为探索富氧燃烧高效低氮燃烧的途径,在东方锅炉试验中心下行炉上开展神府烟煤、云南劣质烟煤的富氧分级燃烧特性试验研究,探索2种煤在富氧分级燃烧条件下的燃尽特性及氮氧化物排放特性。试验结果表明:在富氧燃烧条件下,采用燃尽风分级燃烧,合理控制氧气分级送入,神府烟煤燃烧效率可达99%以上,烟气中NO_(x)排放可控制在19.10 mg/MJ以内;云南劣质烟煤因着火延迟,燃尽需要足够长的停留时间,其燃烧效率略低,通过合理氧分级,燃烧效率最高可达90%以上,烟气中NO_(x)排放可控制在16.83 mg/MJ内;富氧燃烧炉膛温度对NO_(x)累积生成释放曲线的影响与空气燃烧一致,炉膛温度越高,煤粉颗粒升温速率越快;采用富氧分级燃烧,合理控制氧分级送入时机和位置,可寻找到较高的燃烧效率和较低的NO_(x)排放,实现富氧燃烧高效低氮排放。

天然气低排放塔式同轴燃料分级燃烧特性

为了对燃烧室燃料分级特性进行研究,采用天然气-低排放塔式同轴分级燃烧室开展在理想工况下的数值模拟研究,在总燃料量一定的情况下,模拟主燃级燃料分级比和值班级当量比对燃料场、温度场及特征组分分布的影响.结果表明:在相同的分级比处,且分级比小于1.00时,增加值班级当量比,燃烧效率逐渐增大,当燃料分级比大于1.00时,不同方案的燃烧效率基本相同;燃烧效率在分级比为1.00附近取得最大值.

旋流器结构对中心分级燃烧室热态流场的影响

以装有三级斜切式径向旋流器的中心分级燃烧室为研究对象,利用数值模拟和控制变量的方法分别进行了值班级第一级旋流器斜切孔角度、值班级第二级旋流器叶片安装角和主燃级旋流器旋流孔角度对中心分级燃烧室热态流场影响的仿真和对比分析。结果表明:当值班级第一级旋流器斜切孔和值班级第二级旋流器叶片安装角角度分别为25°和30°~45°,主燃级旋流器旋流孔角度为45°~60°时,中心回流区的形状最好,中心分级燃烧室热态流场的品质最佳。

径向旋流器叶片安装角对多旋流分级燃烧室性能影响研究

针对燃气轮机高性能低排放燃烧室的发展需求,提出了一种多旋流组合式头部结构,通过数值模拟的方式研究了径向旋流器叶片安装角对燃烧性能的影响.结果表明:随着径向旋流器叶片安装角增大,旋流器出口燃油与空气混合均匀性提高,回流区轴向尺寸减小,回流区内中轴线湍流强度逐渐增大,出口温度分布系数逐渐降低,燃烧效率与压力损失均呈增大趋势,NO_(x)排放逐渐升高.压力损失y与出口温度分布系数u随叶片安装角x的变化拟合关系式分别为:y=0.0434x+0.207和u=-0.732x+66.64(50≤x≤65).径向旋流器叶片安装角为60°时,燃烧室有较好的综合性能参数.

水泥窑低氮分级燃烧下脱硝工程技术的研究综述

水泥窑低氮分级燃烧一直是人们关注的重点,氮氧化物排放污染占据我国污染源的60%,本文通过对烟气中氮氧化物控制的技术特点、烟气脱硝现状、烟气脱硝种类和低氮分级燃烧技术进行细致的分析,在目前水泥窑低氮分级燃烧技术的基础上,充分利用分解炉内的烟气工况条件,并且对选择性非催化还原(SNCR)的活性氨基组分进行了改进,避免使用氨水量过高对设备的高腐蚀性,与同时匹配条件下室温智能干粉脱硝技术,使得氮氧化物在分解炉的还原区得到源头治理,以减少脱硝工程的不必要建设,在节能减排方面具有重要的意义。

气化炉分级燃烧技术优化调整经验

介绍了TSD分解炉改造为气化炉大还原区分级燃烧系统后生产过程中存在的问题,通过优化调整分解炉分煤比例、分解炉三次风与窑内二次风匹配、分解炉及气化炉温度控制、SNCR精准脱硝优化、气化炉撒料盒调整等相关措施,最终解决了还原剂用量高、窑尾塌料、燃煤混入造成的熟料结粒差、熟料强度波动大等问题。

分级燃烧技术改造分析

介绍了3800 t/d生产线的分级燃烧改造措施,抬高三次风管和涡流室旋风筒蜗壳,将三次风分风入口改至分解炉中部,C_(4)下料管分料至涡流室锥部,煤粉管道在烟室直段分两层四路,保留原涡流室顶部两根燃烧器。改造后NOx排放浓度由510 mg/Nm3降至<100 mg/Nm^(3),吨熟料氨水消耗量由6.6 kg/t降至3.5 kg/t。

煤粉富氧分级燃烧NO_(x)排放特性研究

开发高效清洁的煤粉燃烧技术是实现“双碳”目标的有效途径之一,空气分级燃烧技术在煤粉燃烧初期形成还原性气氛且能有效抑制NO_(x)的生产但不利于煤粉燃烬,而采用富氧分级燃烧可延长煤粉在还原性气氛中的停留时间并抑制NO_(x)的生成及促进煤粉燃烬,因而很有必要研究二次风过量氧气系数、二次风氧气体积分数、空气分级系数等因素对煤粉富氧分级燃烧NO_(x)排放的影响规律。利用两段式滴管炉,研究滴管炉上段处于1300℃时富氧分级燃烧条件下NO_(x)的排放规律。实验结果表明:不同分级系数条件下,NO_(x)排放浓度最低对应的最佳二次风氧气体积分数(c_(2))随二次风过量氧气系数(α_(2))的减小而增大。当α_(2)>0.6时,NO排放浓度随二次风氧气体积分数的增加而增大;当α_(2)=0.4~0.5时,NO排放浓度随二次风氧气体积分数的增加呈先减小后增加的趋势;当α_(2)<0.3时,NO排放浓度随二次风氧气体积分数的增加而减小。富氧分级燃烧能显著降低NO的排放,α_(2)=0.3~0.6时,NO减排比例均高于75%,当α_(2)=0.3~0.5且c_(2)=50%~100%时,NO减排比例均高于85%,且飞灰含碳量均低于8%。烟气中N_(2)O和NO_(2)的排放浓度均相对较低,在富氧分级条件下NO_(2)的排放可忽略不计,N_(2)O排放浓度随二次风过量氧气系数的增加而降低,且增大氧气体积分数也能进一步抑制N_(2)O排放。

生物质层燃锅炉空气分级燃烧技术研究进展

生物质能具有二氧化碳零排放、可再生、含氮量低等特点,但是生物质燃料中有80%以上的氮在燃烧过程中都会转化成N0_(x)。N0x对居民生产和生活产生了一定影响,开展生物质锅炉低氮燃烧技术研究至关重要。在低氮燃烧技术中,空气分级燃烧技术投资成本最低。本文介绍了空气分级燃烧技术的原理,分析了空气分级燃烧技术的优缺点,论述了生物质层燃锅炉空气分级技术的国内外发展现状,并对生物质层燃锅炉空气分级燃烧技术发展进行了总结。

无掺混孔中心分级燃烧室性能数值研究

以一种无掺混孔的中心分级燃烧室为研究对象,通过改变燃烧室中三级旋流器结构参数,利用数值模拟研究旋流器结构对燃烧室性能的影响。首先使用控制变量法,通过改变各级旋流器叶片的安装角大小及旋向设计了研究方案,再通过FLUENT进行数值模拟,最后对数值模拟的结果进行分析并得出结论。结果表明:第一、二级旋流器叶片的结构对燃烧室的回流区大小和出口温度分布影响较小,而第三级旋流器叶片安装角大小对燃烧室的回流区和出口温度分布影响较大;第三级旋流器安装角越大,回流区越大,燃烧就越充分,燃烧室出口温度分布就越均匀。

旋流器结构特征参数对中心分级燃烧室温度场的影响

以装有三级旋流器的中心分级燃烧室为研究对象,分别建立旋流器和燃烧室物理模型,利用数值模拟和控制变量的方法,研究旋流器结构特征参数对中心分级燃烧室温度场的影响,分别完成了值班级第一级、第二级旋流器和主燃级旋流器结构参数变化对中心分级燃烧室温度场影响的数值模拟和对比分析。结果表明:当值班级第一级旋流器的斜切孔角度为25°和值班级第二级旋流器的叶片安装角度为30°~45°时,中心回流区分布较好,反映出值班级旋流器对中心分级燃烧室温度场的影响较好,促进了火焰稳定燃烧;当主燃级旋流器旋流孔角度为45°~60°时,中心回流区分布较为理想,反映出主燃级旋流器对中心分级燃烧室温度场的影响较为理想,可有效避免因中心回流区面积过大造成燃烧室高温区集中。

空气分级燃烧下NO_x生成特性的研究

利用数值模拟方法对空气分级燃烧下NOx的生成特性进行了研究,分析了燃烧器附近局部区域和炉膛整体区域NOx的反应速率,得到了不同燃尽风率下NOx的生成特性.结果表明:NOx主要产生于燃烧初期,当燃料与O2混合不充分时会发生NOx的还原反应;从炉膛整体来看,燃料型NOx的生成速率明显大于热力型NOx,主燃区和燃尽区均生成燃料型NOx,而热力型NOx几乎只在温度很高的主燃区生成,且对O2体积分数的敏感性弱于燃料型NOx;主燃区和燃尽区NOx反应速率的主要控制因素分别为O2体积分数和焦炭燃烧速率;燃尽风率增大,主燃区NOx生成速率和生成区域减小,还原区域增大,NOx排放质量浓度明显减小.