煤层气扩散燃烧性能影响因素分析

基于计算流体力学的涡耗散模型,采用有限容积法建立组分燃烧与扩散数学模型。针对长为2.9m,直径为0.5m的喷口型燃烧器进行数值模拟。研究表明:随着煤层气中甲烷浓度的增加,氧气体积分数的峰值逐渐右移,非预混系统的最高温度与平均温度都有所增加;随着速度比的逐渐增加,煤层气中甲烷燃烧较快;随着过量空气系数的增加,非预混系统燃烧温度最大值逐渐右移。该结果可为生产实际提供一定的理论指导。     

基于Level set的小火焰模型在湍流预混燃烧中的应用

较详细地分析了基于Level set方法的小火焰模型应用于湍流预混燃烧的原理及特点.并且以矩形突扩燃烧室中甲烷/空气湍流预混燃烧为例,应用数值模拟方法计算其组分浓度和温度在火焰内部的分布.计算结果与实验结果吻合良好,这表明此模型能较好地模拟湍流预混燃烧.     

浮法玻璃熔窑火焰空间的数值模拟

以日产400 t的浮法玻璃熔窑的火焰空间为对象进行数值模拟,燃烧纯氧(93%的O2)和天然气(97%的CH4)的混合气体。网格划分采用Gambit软件,数值计算程序采用Fluent软件,建立了非预混燃烧模型、DO模型、湍流模型等模拟玻璃熔窑火焰空间的温度分布。从模拟结果可以看出,窑内高温分布合理,有利于玻璃的熔制;喷枪交错排列,有利于在炉宽方向上温度均匀分布。最后重点分析了火焰空间中水分的含量及其对玻璃质量的影响。     

H2S对CH4着火延迟及还原NO影响的数值模拟

为探究硫化氢(H_2S)在常压范围内对甲烷(CH_4)燃烧特性的影响,采用化学动力学软件CHEMKIN-PRO中的0-D和PFR反应器研究H_2S浓度、过量空气系数、压力和温度对CH_4点火延迟及还原NO的影响,并通过敏感性和生成率分析揭示其化学动力学机理.模拟结果表明:H_2S的存在促进活性基团(H,O,OH,HO_2,HO_2和H_2O_2)的生成速率,从而缩短预混气点火延迟时间,且在低温下的影响作用更加明显;预混气点火延迟时间随着过量空气系数的增大而减小;压力增加亦有利于缩短点火延迟时间. H_2S可降低CH_4/H_2S还原NO的温度,主要由于H_2S降低CH_4的反应温度,使还原性基团CH_i在较低温度下产生;但同时H_2S的存在,在一定程度上降低NO的还原效率,且在贫氧气氛中的影响更为显著.     

模拟沼气预混层流燃烧特性的试验研究

在定容燃烧弹上采用高速纹影系统对模拟沼气预混层流火焰的燃烧特性进行研究。模拟沼气为甲烷含量70%～75%和二氧化碳含量25%～30%的混合气。对不同成分的模拟沼气和纯甲烷的燃烧速度及燃烧压力进行了对比分析。研究结果表明,沼气中较高含量的二氧化碳对燃烧有强烈的抑制作用,使沼气的燃烧速度与纯甲烷相比有所下降,并且随着成分中二氧化碳含量的增加,整个燃烧过程延长。     

分解炉内NO生成与NH_3脱硝的数值模拟研究

在计算流体力学的基础上,以FLUENT软件为平台,对喷腾型燃煤分解炉内NO产生过程、生成机理和炉底喷氨的脱硝效果进行了数值模拟研究。模拟结果表明:分解炉内温度分布均匀,NO在煤粉燃烧区域内形成,NO按生成机理可分为热力型NO和燃料型NO,但主要以燃料型NO为主;采用炉底喷氨的方法,可显著降低分解炉排放的NO量,当入炉烟气中NH3含量为8%时,脱硝率可达到89.8%,为水泥分解炉脱硝技术与装置开发提供参考。     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

基于DRGEPSA方法的甲烷燃烧简化机理的构建及验证

采用耦合误差传播和敏感性分析的直接关系图(DRGEPSA)法,对甲烷燃烧详细反应机理(Gri-Mech 3.0机理)进行了简化,构建出了一套含有23种组分和110步基元反应的简化机理。为验证该简化机理的合理性和可靠性,采用充分搅拌反应器模型和一维层流预混反应器模型分别对甲烷燃烧反应过程进行模拟,并对温度和组分摩尔分数分布进行了对比分析。结果显示:利用简化机理分析得到的预测数据与详细机理吻合良好。结合该简化机理,建立了二维数值模型对带伴流的甲烷/空气Flame D进行数值模拟仿真研究,流场的温度和组分分布均与实验值吻合度较好,进一步表明所提甲烷燃烧简化机理具有较高的模拟精度。     

乙醇预混层流火焰结构的模拟研究

分析了乙醇氧化详细机理,基于详细的乙醇氧化化学反应机理,采用复杂化学动力学反应模型,模拟研究了开放空间中层流预混自由火焰的燃烧问题,并预测了自由火焰温度场、各种组分的浓度场;分析了在预混火焰燃烧过程中复杂化学反应模型的影响.     

多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟

为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/空气预混气在堆积床内燃烧的二维双温模型。给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特性。结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在0.1 mm/s数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。     

O2/CO2气氛超细煤粉与常规粒径煤粉混合燃烧特性

采用数值模拟方法,研究O2/CO2气氛下,常规粒径煤粉与一定比例超细煤粉混合的燃烧特性以及NOx生成特性,得到不同超细煤粉和常规粒径煤粉混合比例下燃烧室内气体温度分布、浓度分布以及污染物NOx分布.研究结果表明：采用超细煤粉与常规粒径煤粉混合燃烧可以提高煤粉着火燃烧特性,同时减少NQx的生成;超细煤粉比例提高,煤粉着火提前,燃烧速度加快,NOx的生成量降低;当超细煤粉质量分数为30%～50％时,减少NOx的生成效果明显.     

醋酸镁在NO生成过程中的还原作用机理

采用高温卧式石英双管定碳炉进行神木烟煤和格理坪无烟煤的燃烧实验，通过实时连续检测NO的体积分数，研究添加醋酸镁对燃料型NO生成的还原作用和影响因素.实验结果表明，醋酸镁对燃料型NO生成的还原作用受到煤种、燃烧温度和燃烧气氛的影响，NO还原率可达23％.在还原性气氛下，醋酸镁有效地抑制了挥发分NO的生成，对焦炭NO的生成也有一定的抑制作用.在氧化性气氛下，醋酸镁对挥发分NO生成的抑制作用减弱，甚至促进无烟煤挥发分燃烧过程中NO的生成，脱硝率仅为3％～7％.醋酸镁在高温下分解为烃基和MgO，两者通过不同反应过程均能起到抑制NO生成的作用.     

Experimental Research and Mathematical Modelling for Coal Reburning in Furnace

1 Introduction Coal combustion is one of the main sources of forming NOx in the atmosphere. To reduce NOx emissions, various NOx reduction strategies have been investigated. Among recent developments for reducing NOx emissions, reburning technology is considered to be one of the most cost-effective ones for coal combustion systems, capable of reducing 50%–70% of NOx [1]. In the past several years, many investigators have worked on laboratory-scale measurements, kinetic mechanisms and nume…     

燃煤锅炉NOx形成机理及其排量控制技术探讨

电站锅炉燃烧过程中产生的NOx严重危害大气环境,降低NOx排量对于环保有着重要意义。通过对NOx形成机理的分析,阐述燃烧过程中控制NOx生成和降低排放量的原则,提出煤粉炉分级燃烧技术低NOx燃烧技术和降低NOx排量的脱硝技术等。     

甲烷／富氧对向流火焰的结构以及NOx抑制方法的研究

降低富氧火焰中的氮氧化物排放是富氧燃烧作为新型节能燃烧技术得以推广应用的关键之一。对对向流火焰形态研究发现,提高火焰速度梯度可以使火焰燃烧区域变薄,还可使NOx、CO、CO2生成区域降低。从而证明提高速度梯度是在富氧燃烧下降低氮氧化物排放的有效方法。     

500t/d油页岩干馏系统的半焦燃烧输送数值模拟

油页岩半焦喷动床作为以固体热载体为主的油页岩干馏工艺中的重要设备,有着经济有效的燃烧方式。针对500 t/d油页岩干馏系统内的半焦喷动床燃烧输送装置,应用计算流体力学软件,采用非预混燃烧模型,对油页岩半焦喷动床内部的传热及燃烧进行数值模拟。建立了油页岩半焦热解和燃烧的模型,得到了油页岩半焦喷动床内部的温度、氧气、二氧化碳的分布。结果表明:在喷动床内形成喷射区、环隙区、喷泉区的分布明显。在顶部的喷泉区燃烧剧烈,温度变化均匀,氧气摩尔分数较低,二氧化摩尔分数较高。     

Combustion characteristics of low concentration coal mine methane in divergent porous media burner

Low-concentration methane (LCM) has been one of the biggest difficulties in using coal mine methane. And previous studies found that premixed combustion in porous media is an effective method of low calorific gas utilization. This paper studied the combustion of LCM in a divergent porous medium burner (DPMB) by using computational fluid dynamics (CFD), and investigated the effect of gas initial temperature on combustion characteristic, the distribution of temperature and pollutant at different equivalence ratios in detail. Besides, the comparison of divergent and cylindrical burners was also performed in this paper. The results show that: the peak temperature in DPMB increases as the increasing of equivalence ratio, which is also suitable for the outlet NO discharge; the linear correlation is also discovered between peak temperature and equivalence ratios; NO emission at the initial temperature of 525 K is 5.64 times, larger than NO emission at the initial temperature of 300 K. Thus, it is preferable to balance the effect of thermal efficiency and environment simultaneously when determining the optimal initial temperature range. The working parameter limits of divergent burner are wider than that of cylindrical one which contributes to reducing the influence of LCM concentration and volume fluctuation on combustion.     

亚临界煤粉锅炉流体流动和燃烧的数值模拟

以一300MW Hg1025/18.2-YM13型亚临界自然循环、四角切圆燃煤锅炉为研究对象,应用可实现化k-ε湍流模型、颗粒相随机轨道模型、即混即燃气相燃烧模型、P-1辐射换热模型,根据燃烧测试试验得到的边界条件,运用FLUENT软件对锅炉炉内流体流动和燃烧过程进行了三维数值研究。模拟预测结果与试验结果吻合较好,温度分布规律和趋势与试验研究结果一致。运用该模型对炉内速度场、压力场、温度场以及燃烧释热场进行了多场耦合仿真,并全面系统地研究了各种操作参数对炉内燃烧工况的定量影响规律,确定了燃烧器和锅炉合理的操作参数:过剩空气系数为1.2、一次风率为20%、一次风温度为608K、二次风温度为620K且均匀投粉。在该条件下炉内温度分布较合理,煤粉能正常稳定地燃烧,炉膛高温区较集中,炉膛出口温度合理。     

Influences of Catalytic Combustion on the Ignition Timing and Emissions of HCCI Engines

The combustion processes of homogeneous charge compression ignition(HCCI)engines whose piston surfaces have been coated with catalyst(rhodium or platinum)were numerically investigated.A single-zone model and a multi-zone model were developed.The effects of catalytic combustion on the ignition timing of the HCCI engine were analyzed through the single-zone model.The results showed that the ignition timing of the HCCI engine was advanced by the catalysis.The effects of catalytic combustion on HC,CO and NOx emissions of the HCCI engine were analyzed through the multi-zone model.The results showed that the emissions of HC and CO(using platinum(Pt)as catalyst)were decreased,while the emissions of NOx were elevated by catalytic combustion.Compared with catalyst Pt,the HC emissions were lower with catalyst rhodium(Rh)on the piston surface,but the emissions of NOx and CO were higher.