烟尘超低排放技术在湿法脱硫塔上的应用研究

在不对锅炉原有除尘系统进行改动且停炉时间最短的条件下,仅在湿法脱硫塔的上部,安装专利产品—全旋流微湿电除尘除雾装置,使烟尘满足超低排放标准。本文结合应用实践对“全旋流微湿电除尘除雾技术”进行分析研究,为面临烟尘排放难题的企业提供一种新的烟尘解决方案。

塔式分级低排放燃烧室头部旋流数对燃烧性能的影响

主燃级旋流器的旋流数对燃烧室内流场组织与燃烧特性有重要的影响,为了研究其对流场与燃烧性能的影响规律,本文采取数值模拟方法在不同主燃级旋流数下对燃烧室流场结构和燃烧性能的影响进行了对比。研究表明:对于主燃一级旋流器,旋流数取在0.65~0.75回流区内湍流强度较为稳定,燃烧效率较高,压力损失也不是很大,NOx以及CO排放也较低分别有最低值45.4×10^(-6)、33.8×10^(-6);对于主燃二级旋流器,旋流数取为0.9时,有较好的温度场,燃烧效率达到99.6%以上,排放不高,NOx及CO排放都是最低值分别为45.5×10^(-6)、36.2×10^(-6)。

旋流冲击下不同孔型发散冷却壁面耦合传热特性对比

采用红外热成像技术考察了不同冷气压降下圆孔、扇形孔和扩张孔的发散冷却特性。结果表明:由于旋流冲击效应,壁面出现局部低冷效区域,且与孔型无关;孔型变化仅影响壁面的冷却效果,增大冷却空气压降可改善冷效效果,低冷效区域的面积也随之减小;冷却孔型和冷却空气压降的差异会导致最低冷效点位置发生迁移;随着冷气速度的增大,该点位置向上游方向迁移;就均匀性而言,冲击点圆孔的最低效率比面积平均值降低14.3~27.5百分点,扇形孔和扩张孔的最低冷效与平均水平差别更大,冷效均匀性更差;扩张孔的综合冷却效率最高,但均匀性最差。

空气旋流强度对低热值煤层气扩散燃烧特性影响的数值模拟研究

我国煤层气资源丰富,居世界第三位,但利用率低,且利用形式单一,尤其是井下抽取的低热值煤层气,因甲烷浓度只有10%-30%,目前主要采取排空的方式,造成能源浪费和环境问题。通过组织燃料或氧化剂以旋流方式进入燃烧器形成射流,采用旋流燃烧的方式优化燃烧工况的旋流燃烧技术,可以有效提升燃烧强度,显著提高火焰的稳定性。实践证明,旋流燃烧技术非常适用于低热值气体燃料的燃烧。通过计算流体力学的方法,建立低热值煤层气旋流燃烧模型,在与相关文献数据对比验证的基础上,分别从旋流流场、火焰温度、辐射换热等方面,对空气入射旋流强度与低热值煤层气扩散燃烧特性之间的关系进行了数值模拟研究。结果表明:旋流数从0提高到0.6时,炉膛内形成回流区,燃烧产物在内回流区生成。燃料和空气能够更有效地混合,从而消除了高温区,降低了NOX的排放,提高了燃烧效率。此外,随着旋流数的增加,径向流场分布得到改善,虽然最高火焰温度有所降低,但火焰换热面积却有所增加,使得辐射效率提高36.5%,NOX排放降低58.6%。为了解决旋流强度给稳定着火造成的两个相互对立和矛盾的问题,旋流数应控制在0.3-0.4为宜。

当量比对甲烷预混低旋流燃烧的影响

通过实验和数值模拟的方法研究了甲烷/空气预混低旋流燃烧的流场结构及当量比对甲烷低旋流燃烧的影响．结果表明，甲烷/空气预混低旋流气流在喷嘴出口处扩张，形成有利于燃烧稳定的低速区；预混火焰“悬浮”于喷嘴上方，在剪切区的内侧，火焰呈 W 型；富燃时，随着当量比的增加，火焰的推举高度略有增加；甲烷/空气预混低旋流流场具有自相似性，无量纲轴向速度的径向分布几乎不受当量比的影响．同时，燃烧室出口的温度随着当量比的增加而增加，并且在当量比为0.8～1.4时变化较为明显，当量比超过1.4后，增加趋势变缓．

1025t/h旋流燃烧器煤粉炉降低NO_x生成的数值模拟

针对某电厂运行中NOx排放量过高的问题,通过对NOx生成机制以及电厂实际燃用煤质的分析,采用去除部分卫燃带以及将主燃区内部分三次风移至主燃区上方的空气分级燃烧技术,对炉内进行降低NOx排放的改造。利用数值计算软件对改造前后的炉内温度水平、组分分布及NOx生成规律进行研究。计算结果表明,改造后,主燃区内氧量降低,炉内整体温度分布水平下降,缺氧燃烧造成主燃区内还原性气氛增强,有效地抑制了燃烧过程中NOx的生成。改造后的试验结果也表明,上移三次风后,炉内NOx生成量显著降低。继续增大上移三次风量的比例,NOx排放浓度持续降低,但飞灰含碳量逐渐升高。综合改造后的试验结果,上移三次风比例为70%时,炉膛出口NOx浓度较改造前降低了40%且对炉内燃烧影响较小,改造效果较好。

合成气低旋流燃烧器设计与流动结构的分析

设计了一个合成气低旋流燃烧器,采用PIV技术对不同负荷下的冷态流场进行了测量,并比较分析了不同中心射流流速对旋流流场的影响.结果表明:流场中出现中心回流区时的旋流数与中心流速无关,高旋流与低旋流的分界点为S=0.7;流场中的轴向速度、径向速度和湍动能均关于燃烧器中心轴线对称;中心轴线上无量纲轴向速度的分布与中心射流流速(负荷)无关,燃烧器出口下游形成一个发散低速区,有利于稳定充分燃烧;随中心射流速度的增大,径向速度成正比增大,湍动能明显增加.

农用无人机超低容量旋流喷嘴的雾化特性分析与试验

针对农用植保无人机超低容量喷施作业时,使用液力喷嘴产生的雾滴粒径较大,离心喷嘴结构复杂、价格较高等不足,基于旋流雾化的原理并采用模块化方法,提出了一种超低容量旋流喷嘴结构。通过对旋流喷嘴内流场的流体动力学行为和雾化特性进行数值分析与试验,明确了流体的物理特性和旋流喷嘴的结构参数等对雾化性能的影响规律。研究结果表明,液膜表面的正弦波失稳是导致锥形液膜碎化为雾滴的主要原因,在旋流喷嘴的结构参数中,喷嘴出口直径是喷嘴雾化性能的主要影响因素。当喷嘴出口直径从1增大至1.5 mm,喷雾流量平均增大了46.23%,喷雾角平均增大了29.77%,产生雾滴的索特平均直径平均增大了15%。此外,喷雾流量还与旋流槽数量成比例,旋流槽的螺旋角主要影响喷雾角。喷嘴入口处的流体相对压强则对喷雾角及雾滴粒径有较大的影响,其中喷雾角随着相对压强的增大而增大,而雾滴的索特平均直径随压强的增大呈非线性递减,当流体的相对压强从70增大至160 k Pa时,系列化旋流喷嘴的索特平均直径降低了约25%~35%。此外对于旋流喷嘴而言,流体黏度的增大会导致喷雾角的减小,但适当增加流体的黏度（不超过纯水黏度的200%）可显著降低雾滴的平均粒径,提高喷嘴的雾化质量。该研究可为农用无人机超低容量变量喷洒系统的研发提供参考。

600 MW超临界旋流燃烧锅炉炉内温度场数值模拟及优化

使用可实现k-ε双方程模型,对600 MW超临界锅炉低NOx轴向旋流燃烧器(low NOx axial swirl burner,LNASB)燃烧过程进行了数值模拟,研究了二次风量及旋流强度对燃烧器热态流场、温度场分布的影响,对燃烧器拟改进方案进行了比较。数值模拟结果表明,内二次风对回流区影响较大,外二次风对扩展角影响明显,增大中心风速可以增加回流区根部距离;内二次风旋流强度及风量过大时容易引起火焰偏斜贴壁,中心风退出后燃烧器喷口处温度上升明显,中心给粉可以有效地增加火焰离喷口距离,为最佳改进方案。与试验结果进行对比,获得了比较一致的结果。通过设备改进和燃烧调整,解决了锅炉长期以来的恶性结渣问题,为LNASB燃烧器设计和运行提供了一定的防结渣理论基础。

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.

低NO_x旋流燃烧器一、二次风混合特性分析

在设计的新型低NOx旋流燃烧器中,采用温度示踪法研究一、二次风的混合情况。通过分析冷态煤粉浓度的分布及煤粉高浓度区域面积的大小,得到:中心管扩角越小,二次风混入越晚,冷态高煤粉浓度区域面积越大;一次风率为0.2、一次风速为15m/s、直流二次风速为25m/s时冷态高煤粉浓度区域面积较大,有利于降低NOx的生成;内二次风旋流开度减小较外二次风旋流开度减小对冷态高煤粉浓度区域面积的影响大;内旋流强度为1.35、外旋流强度为1.56为最佳的试验工况。

气流入口条件对低旋流燃烧火焰稳定性的影响

为了研究低旋流燃烧器在喷嘴出口气流平均速度为10.12~19.12m/s、入口温度为300~500K、入口压力为101.325~8×101.325kPa条件下的火焰稳定性,对当量比为0.7的甲烷空气预混气体进行了数值模拟,分析了低旋流燃烧器的流场结构及火焰特性,揭示了燃烧稳定的根本原因。结果表明：低旋流燃烧器流场结构受气流入口条件的影响较小,且能够保持自相似特性;轴向和径向速度延伸率以及虚拟原点的位置基本不受气流入口条件的影响;低旋流燃烧器流场随喷嘴出口气流平均速度、入口压力的增加,回火的可能性减小,随入口温度的提高,回火的可能性增大。综合而言,低旋流燃烧器能够在较宽气流入口条件下保持火焰锋面稳定,有利于燃烧器的稳定工作。

弱旋湍流火焰合成纳米二氧化钛的机理研究

湍流效应在火焰合成纳米TiO_2颗粒工业化规模放大中具有重要影响。本文基于一种内加环形旋流片的弱旋火焰开展了合成TiO_2纳米颗粒的实验研究。对于内径12 mm管式燃烧器,加入旋片后火焰贫燃极限大幅度降低16%～33%,火焰高度也从9.0 cm减少到3.0 cm,焰区温度约减少20%～30%。研究表明,弱旋湍流火焰具有流速大、可燃当量比低和温度低的特点,使其相对无旋火焰可以合成粒径较小、烧结程度较低的TiO_2纳米颗粒。

低压旋流喷嘴流场特性的数值仿真分析

针对以水为单介质流体的螺旋旋流雾化喷嘴的流场特性,采用VOF方法,建立了低压旋流喷嘴内流场的三维流动数学模型。通过改变旋流喷嘴的螺旋体长度、入口槽道截面积、螺旋升角、螺旋槽形状、旋流室内锥角等不同的结构参数,对雾化喷嘴的压力场、速度场进行数值分析仿真,得到了螺旋旋流雾化喷嘴的结构参数对流场特性的影响规律。研究结果对低压旋流喷嘴的设计与开发具有指导意义。

低旋流CH_4/H_2火焰的燃烧特性及稳定性机制研究

为了研究低旋流CH_4/H_2火焰在不同H_2占比(体积分数)条件下的燃烧特性及稳定机制,对当量比为0.7的CH_4/H_2预混气体进行了数值模拟,分析了CH_4/H_2火焰的自相似特性、流场结构及火焰特性,研究了旋流数对富氢燃料回火性的影响。结果表明:随H_2占比增加,CH_4/H_2火焰仍保持自相似特性,其剪切层强度逐渐增加,内剪切层逐渐向中心低速区移动,火焰锋面逐渐向喷嘴移动,火焰形状由"碗"型逐渐变为"W"型,最后变为"V"型,而轴向、径向速度延伸率以及虚拟原点几乎不受H_2占比影响。在H_2占比从80%增加到95%时,燃料的层流火焰速度变化较大,使得流场结构和火焰锋面位置发生剧烈变化。对于中心低速区的CH_4/H_2火焰,当火焰传播速度等于当地气流速度时,火焰稳定;对于内剪切层区的CH_4/H_2火焰,速度梯度产生的旋流使得当地气流产生向下和向中心低速区移动的趋势,从而火焰产生向上移动的趋势,实现火焰稳定。适当减小旋流数,有利于减小富氢燃料回火发生的可能性。

旋流燃烧器中二次直流风速对NO_x生成的影响

对新型低NOx旋流燃烧器,采用FLUENT冷态模拟和冷态试验相结合的方法得出了其冷态空气动力场。通过对新型低NOx旋流燃烧器的轴向速度、气流射程、回流区、射流边界等的分析,得出二次直流风速v=20 m/s时轴向速度衰减平缓且射程最长,回流区面积最大,回流长度狭长,扩展角比较小,不容易产生火焰贴壁和结渣。同时,给出了新型低NOx旋流燃烧器的轴向速度衰减和射流边界的经验公式。

新型低NO_x浓淡型双调风旋流燃烧器的研究

对新型低ＮＯｘ 浓淡型双调风旋流燃烧器的结构及特点进行了理论分析，并利用冷态等温模化技术进行了气固两相流动模拟实验；对沿周向的浓淡煤粉分布和稳燃环的工作机理进行了实验研究和理论分析，初步了解了低ＮＯｘ 燃烧和低负荷稳燃的机理。

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.

低压旋流雾化喷嘴内液固两相流动的数值研究

针对目前压力式液固两相流雾化喷嘴所需雾化压力较高,且雾化效果难以保证等问题,利用旋流技术改善低压下喷嘴内的流动及喷雾特性。根据连续介质理论和液固两相之间的相互作用,利用k-ε/RNG两方程模型,应用SIMPLE方法对低压旋流雾化喷嘴内液固两相的流动特性进行了数值研究。研究结果可以较好地反映石灰石浆液在低压喷嘴内的流动特性;4槽旋流喷嘴最利于石灰浆液的低压雾化。喷嘴旋流室内壁面附近颗粒浓度远大于中心区域,喷嘴渐缩段中部受磨损最快。喷嘴内沿径向CaO颗粒相分布的转折点位置相同,壁面附近过高的CaO颗粒浓度也不利于浆液的雾化。液固两相存在较为明显的速度滑移,且流速越大滑移速度也越大。在渐缩段与喷孔段,液体相速度比颗粒相速度变化的更快。

旋流煤粉燃烧器低NO_x排放的设计分析

分析了我国电站锅炉低NOx旋流燃烧器的使用状况和NOx排放现状,总结了旋流燃烧器实现低NOx燃烧的技术要素。分析表明,二次风的配给、一次风的浓缩、一次风喷口结构和一次风预热等是降低NOx排放的重要措施。同时,讨论了低NOx旋流燃烧器的研究发展方向,可为旋流燃烧器的选型和设计提供参考。