燃煤锅炉一次风掺混氢氧对炉膛温度影响的数值模拟

为提高1 000 MW超超临界四角切圆燃煤锅炉低负荷工况(300 MW)燃烧稳定性,在一次风中掺混不同比例氢气和氧气,采用数值模拟方法对比分析了低负荷掺混氢氧前后炉膛平均温度场和CO体积分数等参数。研究结果表明：一次风掺混氢氧加强了低负荷工况下的火焰温度,进而提升炉内整体平均温度,改善低负荷燃烧不稳定现象;掺混5%体积分数的氢气,主燃区炉内截面平均温度达到1 603 K,比初始工况平均温度高了37 K;掺混8%～15%体积分数的氢气,随着氢气燃烧产生水份比例增高,炉膛截面平均温度逐步降低;掺混5%体积分数的氢气和10%体积分数的氧气,主燃区炉内截面平均温度达到了1 696 K,比只掺混5%体积分数的氢气平均温度提高了93 K,比初始工况平均温度提高了130 K,此工况是该四角切圆锅炉低负荷下改造后较为理想的工况。     

微管内氢气燃烧变参数研究

针对微尺度燃烧的特点,在传热分析的基础上,建立了微型管内氢-空气预混合气的燃烧模型,对0.2 mm微管内氢气空气预混燃烧进行了变参数研究.结果表明:对于0.2 mm微管,适当的氢氧混合比,火焰可以实现稳定持续燃烧;燃烧室尺度越小,散热量越大,最大可达到总放热量的22%左右;当量比接近0.8时,有最高燃烧温度和最高的氢气转化率,接近100%;入口应该控制在较小流速来实现较高的燃烧效率.     

微型燃气轮机燃烧室流场数值分析与试验研究

采用CFD方法对微型燃气轮机蒸发管燃烧室进行结构设计和流场分析,采用试验方法进行验证,主要考查设计点状态下的燃烧效率、压力损失、燃烧室出口温度场分布不均匀系数F_(OTD)与出口温度场径向不均匀度F_(RTD)。对比分析燃烧室出口温度的CFD与试验结果,二者吻合较好。试验表明:该燃烧室燃烧效率为99.6%,压力损失为4.3%,出口温度平均后的F_(OTD)为0.102,F_(RTD)为0.067。     

单筒形氢氧燃烧室壁面冷却结构及特性研究

针对新型氢氧燃机热力循环系统,提出了一种壁面水冷氢氧燃烧室,通过CFD软件优化了其壁面冷却结构,并在此基础上对其水冷壁面冷却特性进行了实验研究。结果表明:相同条件下,小深宽比的冷却结构的冷却效果优于大深宽比冷却结构的冷却效果;在设计的不同负荷下,燃烧室壁面温度最高不超过400K;在主燃区轴向距离x≈0.035m处,冷却水体积流量为0.8m~3/h时壁面局部热流密度最大值约为246.5kW/m~2,壁面局部热流密度随着冷却水体积流量的增加而增加。     

高温升蒸发型燃烧室的设计

为了满足某地面实验设备对燃烧室高温升的要求,设计了温升为1350K的蒸发型燃烧室。根据燃烧室总体结构,设计了燃烧室的主要部件。通过对燃烧室的气动热力计算,确定出了燃烧室总体和火焰筒开孔的尺寸,并对燃烧室进行了一定的性能实验。实验及应用结果表明,所设计的燃烧室具有工作安全可靠、结构简单、空间利用率高、升温速度快及排气清洁的特点。在整个工作范围内,燃烧效率达到0.95～0.97,出口温度场不均匀度低于0.09,符合设计要求。     

模型燃烧室壁面与火焰温度光学测量方法研究

为研究燃气轮机燃烧室壁面温度与火焰燃烧的关系,实验研究了模型燃烧室壁面温度发生改变前后火焰的燃烧特性.采用磷光测温技术对壁面温度进行测量,利用辐射层析技术结合双色测温法对火焰的三维结构及温度场进行了重建.实验时壁面温度在200℃附近,火焰的温度范围是1 500～2 000 K.实验结果表明:当气流冲击壁面时,壁面温度发...     

生物质气化燃气无焰燃烧的实验研究

在自行设计的无焰燃烧系统中探究了生物质气化燃气无焰燃烧的温度场、污染物排放等特性,研究预热温度(950 K、1 000 K、1 050 K、1 100 K)、当量比(0.45、0.60、0.75、0.90)、不可燃成分组成(BGG1～4)对燃烧特性的影响,并找到最优运行参数.结果表明,生物质气化燃气无焰燃烧时具有传统燃料类似的均匀温度场和低污染排放,但是整体温度更低,污染物排放更低.预热温度、不可燃成分、当量比等因素由高到低影响燃烧的热效应.最优的运行参数为:预热温度1 100 K,当量比0.9;不可燃成分组成BGG1为60%N2+5%CO2.     

微型燃气轮机燃油燃烧室燃烧特性的模化试验研究

基于模化试验方法,对设计的100kW级微型燃气轮机燃油燃烧室在额定工况下的性能以及在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响进行了研究。结果表明,燃烧室燃烧效率达到99%以上,总压恢复系数达到94.5%,出口温度最大不均匀度低于20%,NOx排放指标低于9g/kg,火焰筒壁面温度分布均匀。此外,随着燃烧室进口温度的升高,燃烧效率增大,出口温度最大不均匀度减少,CO和UHC的排放指标明显降低,但总压恢复系数有所降低,NOx排放指标有所升高。     

燃气轮机环形燃烧室热态性能研究

目前,重型燃气轮机环形燃烧室应用比较广泛,技术也比较成熟,为了更好地理解其原型的设计思想,了解其工作特性,借助CFD软件FLUENT对燃气轮机环形燃烧室100%运行工况进行了热态性能分析,将有值班燃烧和无值班燃烧的情况以及使用ED模型与有限速率/ED模型的计算结果进行了对比;还针对燃烧室燃烧速度场和温度场的情况进行了计算。证实了值班燃烧对于燃烧稳定的重要性,以及选择合适的燃烧模型的重要性,并且验证了此类型的燃烧室在100%工况工作时,温度、流场分布均较为合理的特性,研究成果可为后续燃机项目的安全运行和燃烧室的设计改进提供参考。     

凹腔结构对氢气超声速燃烧影响数值模拟

基于开源计算软件OpenFOAM建立求解器,采用RANS方法,针对凹腔不同深度、长度、后壁面倾角对氢气在燃烧室中超声速燃烧进行数值模拟研究。分析比较了在燃料当量比为0.28时不同凹腔结构的速度场、温度场、燃烧效率和总压损失。结果表明:凹腔是燃烧室中主要蓄热和燃烧部分且不同凹腔结构的燃烧室流场边界层形状相似;凹腔长度影响燃烧室的总压损失,但是凹腔深度和后壁面倾角对其影响不大;凹腔的面积和长深比均可以影响燃烧室的燃烧效率,凹腔面积越大,燃烧效率越高,长深比为4.5左右时凹腔附近燃烧效率增幅最快。     

当量比对微型燃气轮机H2/Air燃烧特性的影响

为了探究氢气微型燃气轮机的燃烧特性,用数值模拟方法分析了6种不同当量比工况下的燃烧室内流场特性、压力损失、燃烧效率、NO_x排放和速度分布等参数。结果表明：当量比对回流区的范围影响不大,压力损失和出口速度随当量比增加逐渐增大,出口温度分布系数（OTDF）、排气温度和NO_x排放随当量比的增加先增大后减小;径向速度的分布关于燃烧室中心轴线对称;当量比小于1时,燃烧效率在99.9%以上;当量比大于1时,燃烧效率随当量比增加而降低;当量比为1时,排气温度达到2 500 K,NO_x排放达到最大值,偏离化学当量比燃烧有利于抑制NO_x的生成。     

天然气塔式同轴分级燃烧室掺氢燃烧特性 数值模拟研究

为了解天然气掺氢对贫预混燃气轮机性能的影响,采用Chemkm-pro研究了燃料的化学反应动力学 特性,对比了不同当量比、掺氢比下的绝热火焰温度、层流火焰传播速度及点火延迟时间,结果表明掺氢能缩 短燃料点火延迟时间,增加绝热火焰温度及提高火焰传播速度。进一步以天然气塔式同轴分级燃烧室为研 究对象,研究了掺氢比对燃烧室燃烧场分布及燃烧效率、总压损失系数、温度分布不均匀度、一氧化碳及氮氧 化物排放量等性能参数的影响。结果表明,随着掺氢比的增加,燃烧效率上升,总压损失系数增加,温度分布 不均匀度下降,一氧化碳排放量下降,氮氧化物排放量增加。掺氢比在35%时燃烧室发生回火。在30% ~ 35%掺氢比范围内,燃烧室性能参数变化较大。其中,总压损失系数增幅为24. 74%,温度分布不均匀度降幅 为31.11%,氮氧化物排放量增幅为416.12%。     

亚毫米通道内的氢氧预混合燃烧

在亚毫米尺度,尺寸效应带来散热损失的激增和燃烧驻留时间的急剧减少,使燃烧室内预混合气的着火和燃烧条件恶化.针对碳化硅材质的亚毫米矩形燃烧室,改变混合气的流量和当量比,测出了不同高度燃烧室内氢氧预混合气的着火界限分布,并通过燃烧室外壁面和出口温度的测量,分析得出亚毫米通道内氢氧预混合燃烧的特性.结果表明,亚毫米尺寸与常规尺寸相比氢氧预混合气的稀燃界限明显升高,但仍能在一定条件下实现稳定燃烧;测试条件下,外壁面温度随氢气流量的增加而升高,但燃烧的充分性降低;少量的过量氧气能提高外壁面的温度,并使温度分布更均匀;由于导热系数较高,碳化硅材质的燃烧室外壁面温度分布比石英材质的要更均匀.     

微型燃气轮机富氧燃烧室数值及试验研究

研究了一种采用烟气循环富氧燃烧的微型燃气轮机燃烧室.由燃烧稳定、总压恢复系数、出口温度场等几个方面确定燃烧室基本的几何尺寸,在空气以及氧气体积分数30%的O2/CO2工况下,利用CFD软件和试验对设计燃烧室的热态流场、燃烧效率、压力损失等性能进行了对比研究.结果表明,在富氧燃烧条件下,设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定、效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求;在空气工况下,会出现燃烧效率低、出口温度过高、不均匀系数过高等问题.     

9E燃气轮机贫-贫模式燃烧及NOx排放特性研究

采用数值模拟方法对9E燃气轮机LEC-III低氮燃烧室在贫贫模式下的燃烧特性进行计算,分析了流场、温度场和污染物NOx的生成规律,比较不同燃料分配比对NOx排放的影响。结果表明：在贫贫模式下,一级燃烧区、二级燃烧区均有高温火焰,呈现部分预混部分扩散的燃烧特性,NOx排放浓度达到78.9ppm,与运行试验值吻合较好;燃烧室内形成3个流场回流区,有助于增强高温烟气掺混和火焰稳定性,文丘里组合件处的流速最高,可以防止回火;燃料分配比对二级燃烧区的NOx生成影响显著,其最佳值在70%～75%范围时,达到NOx排放最低且燃烧火焰分布合理。     

高压环境下液氧/氢的气-液平衡及其物理属性研究

在考虑氢气溶解的条件下,运用SRK状态方程计算了液氧/氢在超临界环境下达到气-液平衡时氢氧组分在各相中的摩尔分数以及液氧的蒸发热随液氧表面温度的变化情况;根据气-液平衡时各组分在各相中的摩尔分数,以甲烷为参比态气体,运用扩展对比状态理论(ECST)计算了气相及液相氢氧混合物的pVT属性、黏性及导热系数。结果表明,在高压环境下,有一部分氢气溶解于液氧中,且随着温度和压强的增加其溶解度增大;若考虑氢气溶解,则氢氧混合物的临界温度低于氧的临界温度且随环境压强的增加而减小,这时液氧的蒸发热小于其蒸发潜热,也小于不考虑氢气溶解所得蒸发热。当氢氧混合物达到气液平衡状态时,液相混合物的黏性及导热系数随温度升高逐渐减小,气相混合物的黏性及导热系数随温度升高逐渐增加,最终气相及液相混合物的传输属性在其临界点附近几乎相同。     

甲烷和氢气在亚毫米微燃烧室内燃烧的试验对比

在碳化硅材料的亚毫米尺度微燃烧室内,针对甲烷和氢气两种不同燃料进行了燃料与氧气预混合燃烧的试验。利用热电偶测出燃烧室壁面温度并进行了分析。结果表明:在燃料和氧气的总体积流量相同时,燃用甲烷时燃烧室的壁面平均温度更高,但氢气的燃烧室壁面温度更加均匀,梯度更小;氢气比甲烷有更宽的可燃范围,试验时甲烷/氧气在总体积流量为700mL/min、混合比为化学当量比时燃烧不能进行,而氢气和氧气在相同条件下能够燃烧。     

材料和喷口直径对多孔介质微燃烧的影响

为了进一步优化微燃烧室的设计,以最大化提高微燃烧室的能量转换效率及微热光电系统的整体工作效率,在前期工作的基础上设计了不同多孔介质材料及喷嘴/燃烧室内径比的多孔介质微燃烧室.通过实验验证,针对多孔介质微燃烧室内的氢氧预混燃烧进行了数值模拟计算,研究结果表明,多孔介质材料,喷嘴/燃烧室内径比对微燃烧室内的微尺度燃烧有重要影响,微燃烧室在多孔介质材料为SiC, 喷嘴/燃烧室内径比为0.27时燃烧效率最高,有利于提高微热光电系统的整体效率.     

逆流式旋流一体化双燃料喷嘴性能研究

以某型100 kW微型燃气轮机燃烧室为研究对象,采用化学回热循环方式,选择一种可以同时燃用重整气和柴油的逆流式旋流一体化双燃料喷嘴,通过调整喷嘴结构参数对其重整气喷射部分进行分析。结果表明:喷嘴吹扫孔角度增加至60°,孔径增加至3 mm时喷嘴附近温度约降低为650 K;增加重整气通道和重整气喷射孔面积,可有效降低重整气的喷射速度;燃烧室出口温度场特性良好,总压恢复系数为98.1%,燃烧效率为99.1%。     

斜坡受限条件下燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性

建立了建筑外壁面开口火溢流行为的小尺寸模拟实验装置,采用汽油池火作为模拟火源,研究了15,cm、25,cm和35,cm共3种典型不同尺寸的油池火在0°、45°、60°和75°共4种不同斜坡受限角度下的燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性.研究结果表明,随着斜坡角度的增大,对于较小尺寸的火源(15,cm),燃烧室内一直处于较完全的燃烧状况,燃烧室内及开口外部溢流的温度场变化较小;对于较大尺寸的火源(35,cm),在斜坡角度为0°时燃烧室内便发生不完全燃烧,有大量的火焰溢出,开口外部溢流温度场一直较高且变化小;而对于中等尺寸的火源(25,cm),斜坡角度的影响明显,燃烧室内由于供氧的限制从较充分的燃烧过渡为不完全燃烧,室内中心线及靠近窗口的角落温度降低,但燃烧室后端内侧角度的温度则不断升高,外部火溢流的高度和温度均出现显著增加.当发生火焰溢出时,近壁面处溢流的竖向分布呈现特殊的中部低温区域.