结构参数对平焰燃烧器流场的影响

针对现有的天然气平焰燃烧器,采用RNGk-ε湍流模型和EDM燃烧模型,运用计算流体力学软件和建模工具对天然气平焰燃烧器流场进行了数值模拟,并应用五孔探针等工具对天然气平焰燃烧器冷态流场进行了测试,模拟结果分析表明：燃料径向喷出、空气进口偏心距l/D为0.476、烧嘴砖曲率半径R/D为1.14~1.71、旋流数S为0.61~1.68、混合距离L/D为0.6~0.9时能获得较佳的燃烧效果（其中,D为燃烧器喷口直径）。通过分析比较模拟结果和试验结果,发现两者的分布规律基本一致,数据基本吻合,回流区和主流区基本相同,并且与理论分析一致,符合实际情况,说明了天然气平焰燃烧器流场数值模拟结果是真实可信的,可为天然气平焰燃烧器的工业应用提供重要参考依据,也为天然气平焰燃烧器的设计、研究提供了有效的研究方法和途径。

WQ－10型煤气平焰烧嘴的试验研究

对ＷＱ－１０型煤气平焰烧嘴进行了各种尺寸的１１冷态和热态试验，确定了结构尺寸，并取得了空气和煤气的Ｐ－Ｖ特性曲线。煤气流量在５０～７６０ｍ３／ｈ，空气消耗系数在１．０２～１．１２范围时，平火焰稳定，烟气中ＣＯ含量低于０．１％，噪音低于８５ｄＢ（Ａ）。

WQ-10型煤气平焰烧嘴的半工业性试验研究

对ＷＱ－１０型煤气平焰烧嘴进行半工业性试验，得到了该烧嘴较长时间运行下的一些性能。结果表明，该烧嘴平火焰稳定，炉顶温度分布均匀，燃烧烟气中ＣＯ、ＮＯ含量达到了ＹＢ／Ｔ０６２－９４标准的要求。

平焰型粉煤气化炉热态流场分布特性的数值模拟

目前已有的气流床干粉气化技术所用的工艺烧嘴多为同轴射流形式(氧包煤或煤包氧),射流火焰较长,需要匹配较大高径比的气化炉燃烧室,为保障碳转化率与有效气(CO+H 2)含量,要求其设计的平均停留时间约为4~6 s(按粗合成气计算),这同时需要较大的燃烧室容积去满足要求,因此导致气化炉单体反应器的体积普遍较大,造价较高。为降低气化炉的投资成本,提出了一种顶置平焰型气化烧嘴的气化技术,该技术通过顶置3个烧嘴单元,将传统工艺烧嘴的单一烛形火焰变为较短的平面火焰,降低了火焰长度并提高了径向的反应空间。同时,平焰烧嘴的每个烧嘴单元均为中心1路煤线配合外围3路氧线的对撞流设计,在强化反应速率的同时降低平均停留时间,从而减小设备体积需求。利用CFD模拟软件Fluent分别建立平焰烧嘴和传统顶置同轴射流形式的单烧嘴气化炉三维模型,基于涡耗散概念模型(EDC)的方法对不同烧嘴形式气化炉内的燃烧与气化过程进行模拟,对比分析了包括流场分布、温度分布、平均停留时间、碳转化率等关键特征。结果发现,相比传统单烧嘴,由于3烧嘴单元射流场所拥有的大卷吸率(平焰烧嘴卷吸率Kvmax=3.2,单烧嘴Kvmax=1.3)有助于粉煤颗粒与氧气在燃烧室内的弥散混合,因此平焰型烧嘴的火焰长度降低,炉温分布更加均匀,温度峰值由单烧嘴的2400 K降低至平焰烧嘴的1950 K。更充分的颗粒弥散以及更均匀的温度分布有助于气化炉燃烧室容积的有效利用,同时撞击流形式的烧嘴单元所带来的撞击流可以更快地实现粉煤与气化剂的湍流混合,增加气化反应速率(距离烧嘴0.5 m碳转化率:平焰烧嘴=95.1%,单烧嘴=77.0%)。这些优势可以带来更小的气化炉设计体积或同比更高的处理量。将模拟结果与3 t/d的干粉中试结果进行对比,验证了模型的有效性,对于烧嘴及炉体的优化设计提供较好的理论基础。