射流间距对高温空气燃烧影响的数值研究

以高温空气燃烧技术为应用背景,对多股射流燃烧器的燃烧特性进行了数值模拟,讨论了燃料与空气射流喷口间距对燃烧特性的影响.采用标准的k-ε双方程模型计算流场,采用β函数的PDF燃烧模型计算气体燃料的燃烧,采用离散坐标法模拟辐射换热过程.NOx模型为热力型NOx,炉膛尺寸为800mm×800mm×1400mm,燃料喷口为圆形,直径为10mm,位于中心.空气喷口设计为5个等面积的圆形置于燃气喷口周围.计算结果表明,由于射流之间的相互作用,在炉膛后面存在回流区.烟气的回流一方面加强了燃料和空气的混合,使温度分布更为均匀,同时改变了炉膛空间内的燃料和氧的浓度分布,从而影响燃烧强度和NOx的局部生成.当燃料射流喷口与空气射流喷口的间距增大时,能有效地延缓燃料和空气的混合,烟气回流将会增加燃烧室内气体的混合程度,降低燃烧室内局部氧浓度,有利于扩大低氧区域,扩大燃烧区域,并且使炉膛温度变得均匀,减少局部高温区,降低NOx的生成.I=2.5时的NOx排放浓度为45×10-6.     

燃气轮机低热值合成气燃烧室内三维湍流流动的数值模拟研究

对GE-F101型工业燃气轮机环形燃烧室燃用甲烷和低热值合成气的燃烧性能进行了数值研究,采用标准κ-ε湍流模型和涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室在不同燃料条件下的流场特性进行了数值模拟,并对燃烧室内的流场结构、温度分布、火焰结构及NOx分布进行了分析与比较;在此基础上对原燃烧室进行了一些改造.结果表明:随着燃料热值的降低,燃料射流速度增大,燃料和空气的混合程度减弱,燃烧稳定性降低,燃烧室内最高温度降低,NOx排放量减少;通过增大燃料喷嘴口径和增加旋流器的旋流数,可在一定程度上改善燃烧室内流动结构,增强燃料和空气的混合程度,因而提高了燃烧稳定性.     

空气旋流数对甲烷燃烧NOx生成影响数值模拟研究

为研究甲烷-空气非预混燃烧下空气旋流数对流动特性、温度分布及其对污染物NOx生成的影响，利用CFD软件，采用标准的k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡流耗散模型进行数值模拟。结果表明：空气旋流数从0提高到0.8的过程中，形成的中心内回流区会强化燃料和空气混合，中心火焰向燃烧室两侧逐渐扩散，火焰长度变短，且高温区移动到燃烧室的前端，局部高温的产生得到了抑制，燃烧室内的温度场更加均匀，进而导致NOx生成量的下降。同时研究燃烧器几何尺寸对气体停留时间及NOx排放浓度的影响，发现缩小空气入口孔隙半径r和燃空径向隔板间距L会导致气流速度增大，促进反应更快地弥散到整个空间，能够进一步抑制NOx的产生。     

空气分级燃烧降低NOX排放技术的研究

利用Fluent数值模拟软件分析了空气分级对高温低氧空气燃烧污染物排放的影响.应用空气分级燃烧技术的燃烧器不仅使燃烧室内具有较高的温度水平,温度场均匀,燃烧效率高,而且NOx的生成量也较低,可以达到节约燃料和降低污染物的综合效果.计算结果分析表明:分级燃烧的二次空气配比对燃烧室内的NOx排放有较大影响.当一次空气占40%左右时,NOx排放最少.     

旋流对天然气高温空气燃烧特性影响的数值模拟

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个新型轴向旋流式单烧嘴燃烧室内天然气的高温空气燃烧特性进行了数值研究。采用数值模拟的方法研究了同心式轴向旋流燃烧器（HCASbumer）中螺旋肋片的旋转角度对燃烧特性的影响,其中湍流采用Reynolds应力模型,气相燃烧模拟采用β函数形式的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOx模型为热力型与快速型。计算结果表明,对预热空气采用旋转射流时,能明显降低NOx生成量。对于HCAS型燃烧器,随着空气射流旋转角度的增大,燃烧室内的回流区域增大增强,降低了局部的氧体积分数分布,燃烧室中平均温度和最高温度都有所增加,且燃烬程度大幅度提高,而局部高温区缩小,只在靠近入口处出现。总的NOx排放量随着空气射流旋转角度的增大先减小,后增大。因此,适当调整肋片的旋转角度可以降低NOx生成量。     

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.     

高温空气燃烧若干因素对NO_x生成量的影响

高温空气燃烧的关键技术之一是获得低氧环境，以降低NOx生成量。通过对与高温空气燃烧技术有关的稀释剂、燃料射流和空气射流速度、燃料射流倾斜角度、燃烧空气散布角、燃料喷嘴和空气喷嘴之间的距离、空气预热温度、燃料预热温度和过量空气系数等因素进行分析，总结了一些因素对NOx生成量的影响，可以为工程技术改造提供建议，实现节能和环保的双重效果。     

射流对高温空气燃烧过程中NO_x生成的影响

总结了燃料燃烧过程中NOx的生成机理和各种影响因素，并结合高温空气燃烧（High Temperature Air Combustion-HiTAC）的特点和射流的基本原理，研究了燃料和空气射流的卷吸作用对该燃烧方式NOx生成量的影响。为选择合理的设计与运行参数，实现该燃烧方式的超低NOx排放和高效节能，也为更好地在我国推广和应用这一先进技术提供理论基础。     

燃烧空气散布角对高温空气燃烧影响的数值研究

以高温空气燃烧技术为应用背景,对多股射流对炉内燃烧特性的影响进行了数值模拟,讨论了燃烧空气散布角对燃烧特性的影响。采用标准的-双方程模型计算流场,气相燃烧模型采用函数的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOX模型为热力型NOX,燃烧室尺寸为800mm×800mm×1400mm,燃料喷口为圆形,直径为10mm,位于中心。空气喷口设计为5个等面积的圆形置于燃气喷口周围。计算结果表明,由于射流之间的相互作用,在炉膛内存在回流区。烟气的回流一方面加强了燃料和空气的混合,使温度分布更为均匀,同时改变了炉膛空间内的燃料和氧的分布,从而影响燃烧强度和NOX的局部生成。燃烧空气散布角越小,燃料、氧以及燃烧后的高温烟气等的混合越充分,燃烧越稳定,低氧区域扩大,温度分布均匀,局部高温受到抑制,局部NOX的生成减少。较大时,喷嘴布置接近于同轴射流,高温烟气的回流主要起到稳定燃烧的作用,而周向的低氧条件将不复存在,低氧燃烧将转化为强化燃烧。在15%的氧条件下,=120°时与=360°相比,NOX排放量可减少65%。研究结果对高温空气燃烧喷嘴结构设计及运行管理具有参考价值。     

烟气再循环实现低NOx排放的实验研究

实现高温空气燃烧技术的关键是控制燃烧区内的含氧体积浓度.建立了一套小型高温空气燃烧系统.采用炉外烟气再循环实现高温空气燃烧所需要的低氧环境.对烟气再循环对高温空气燃烧NOx排放特性的影响进行了实验研究,并分析了燃烧室的温度分布情况,总结了NOx及燃烧特性随烟气再循环率的变化的规律.