煤粉MILD燃烧NOx生成和还原机理的数值分析

采用计算流体动力学(CFD)软件分析了国际火焰研究基金会(IFRF)试验系统上煤粉低氧稀释(MILD)燃烧特性和NO_x排放特性。比较了不同的湍流与化学反应相互作用模型、挥发分气相反应机理和焦炭燃烧模型对煤粉MILD燃烧特性预测的影响,通过对比烟气速度场、温度场、组分浓度场的模型预报结果与试验结果,得到了能够准确预测煤粉MILD燃烧特性的模型组合,即EDC-WD-MSR模型。采用此模型对煤粉MILD燃烧NO_x生成和还原路径进行分析,结果表明：煤粉MILD燃烧中燃料型NO占主导地位,热力型NO、N₂O中间体路径和快速型NO之和对NO总排放的贡献小于10%。煤粉MILD燃烧存在强烈的NO均相和异相还原反应,其中NO异相还原反应使燃料型NO的排放量占单独计算的焦炭NO和挥发分NO排放量之和的71.1%。     

燃油锅炉容积热负荷与射流位置对内循环速率影响的数值模拟

以Φ400 mm×1 920 mm大小的卧式燃油锅炉炉膛模型为研究对象,通过常温高速空气射流辅以烟气再循环的方式组织炉膛内空气动力场,对不同炉膛容积热负荷和多种空气射流位置进行了CFD模拟,并对炉膛内流场、温度场与组分场进行分析,研究炉膛容积热负荷与射流布置位置对内循环速率的影响。结果表明:当射流位置布置在炉膛内径0. 75处、炉膛热负荷为400 k W/m~3时,在炉膛内形成较大的回流区,内循环速率达到4以上,燃烧温度在1 400 K以下,温度场分布均匀,反应放热率明显降低,有利于形成燃油MILD燃烧。     

直流燃油MILD燃烧湍流介观特性研究

以尺寸φ410 mm×1 930 mm实验炉膛为对象,采用数值模拟的方法研究了燃油燃烧器参数(射流速度、射流间距、再循环烟气量、炉膛热负荷等)对炉内燃烧特性以及湍流介观特性的影响,根据湍流燃烧无量纲准则数判定燃油MILD燃烧模式。研究结果表明:当烟气再循环率为20%,空气高速射流速度为150 m/s,且空气喷嘴所在的圆环直径为炉膛直径的0.5~0.65倍时,炉膛内可建立燃油MILD燃烧模式,其火焰锋面的湍流介观参数位于湍流分区图中的良搅拌反应器区域,即l/l_F1,Re_T1,Ka_δ1,Da1。燃油在MILD燃烧工况燃烧时,炉内温度峰值降低,氧浓度基本小于3%,炉膛出口NO_x排放浓度小于80 mg/m~3(标态)。     

氧煤在炉膛内的燃烧方式分析

采用高温预热氧化剂或提高射流速度的方式,可将氧煤燃烧和MILD燃烧相结合,氧煤燃烧可以得到较高CO_2浓度的烟气,约90%,便于实现燃煤过程的CO_2捕集和封存(CCS),而MILD燃烧模式下的氧浓度整体水平较低,从而降低了煤的化学反应速率。利用煤粉的反应动力学参数,建立了氧煤燃烧炉膛的辐射传热模型,同时对不同氧浓度下煤粉燃尽时间和炉膛温度分布进行了计算。结果表明:煤炭颗粒的燃尽时间随着氧浓度和燃烧温度的降低而延长,且在低氧浓度下(10%),氧浓度的变化对燃尽时间的影响程度增大,而燃烧温度的变化对燃尽率的影响不大。煤样固定碳含量高,则炉膛介质温度整体提高,随着氧浓度的降低,燃烧峰值降低且位置稍有延后,且温度分布趋于均匀化。     

常温空气非对称射流MILD燃烧特性实验研究

比较了不同的燃烧器结构后设计了非对称射流燃烧器,并通过实验研究了非对称射流燃烧器的射流速度、喷嘴角度对常温空气MILD燃烧的影响。结果表明:丙烷流量在0.4~0.8m3/h、空气流量在11~22m3/h都可以达到MILD燃烧状态;增大射流速度,减小喷嘴角度可以使温度峰值降低,温度分布更均匀,MILD燃烧更稳定,效果更好,NOx排放量大大减小,达到了"近零排放"。     

富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧计算研究

以常规锅炉燃料燃烧计算方法为基础,对富氧燃烧锅炉的燃料燃烧计算方法展开研究。通过将富氧锅炉与常规锅炉的热力系统进行比较,建立了进行富氧锅炉燃料燃烧计算的基本模型。在此基础上首先提出了富氧燃烧条件下燃料所需理论助燃剂量和理论烟气量的计算方法,随后进行了考虑烟气再循环和不考虑烟气再循环2种条件下的实际烟气量的分析计算,其中包括各种烟气成分的体积量的计算,最后根据富氧燃烧锅炉热力系统的特点,推导出了富氧燃烧条件下烟气质量、烟气密度、飞灰质量浓度和烟气焓的计算公式。对富氧燃烧条件下锅炉的燃料燃烧计算进行了详细分析,为今后发展和完善富氧锅炉热力计算方法提供必要的理论基础。     

不同O2/CO2比例气氛下富氧燃烧锅炉热力计算对比分析

采用富氧燃烧可以显著减少阻燃空气量以及烟气中非可燃气体含量,使得锅炉节能减排更加有效.不同的O2/CO2气氛下,富氧燃烧锅炉的燃烧状况随之变化,随着氧浓度的升高,炉膛内燃烧强度增强,理论燃烧温度升高,炉膛内辐射吸热量增加.介绍了富氧燃烧技术的基本特点,分析了不同O2/CO2比例气氛下富氧燃烧锅炉结构的不同,通过计算找到合适比例气氛下的富氧燃烧锅炉.     

富氧燃烧烟气焓温特性分析

针对富氧燃烧锅炉增加了尾部再循环烟气和空气分离单元抽取的氧气特点,比较了常规空气燃烧锅炉焓温表计算方法与富氧燃烧方式下焓温表计算内容的区别,分析了富氧燃烧锅炉循环烟气焓、分离氧气焓和炉膛进口热燃烧气焓随氧气的体积分数变化的特性,给出了富氧燃烧锅炉烟气焓温表的计算方法,为富氧锅炉热力计算提供了理论依据.     

200MW富氧燃煤锅炉传热特性研究

对常规空气燃烧传热计算方法进行了修正,使其适用于富氧燃烧方式,并对灰气体加权模型(WSGG)的参数进行优化和修正,得到了烟气发射率与温度、辐射层有效厚度和分压比的关系;以美国国家标准技术局(NIST)数据库数据为标准,对富氧燃烧方式下烟气各组分的导热系数、运动黏度和普朗特数等物性参数进行拟合,采取先组分后混合的方式对对流传热计算方法进行了改进,并对200 MW富氧燃煤锅炉进行传热性能研究.结果表明:富氧燃烧方式下烟气中CO2物性参数的拟合结果与真实值的误差小于0.61％;在富氧燃烧干循环26％O2体积分数、湿循环29 ％O2体积分数下,各受热面的吸热量和出口烟气温度等主要参数均能与空气燃烧方式下的对应参数较好吻合,基本可以达到同一锅炉系统2种燃烧方式的兼容运行.     

甲烷/高温烟气稀释空气的Mild燃烧过程的数值研究

中低氧浓度稀释MILD燃烧与传统有焰燃烧方式相比,燃烧室内温度相对均匀,可以有效控制和降低NO_X等污染物排放。燃烧室内的烟气循环导致的混合气稀释程度、预热温度以及流场应变率对Mild燃烧过程有重要影响。通过对不同稀释和预热程度的一维层流对撞扩散火焰进行计算,研究了烟气回流稀释/预热形成的Mild燃烧情况。数值计算结果表明,Mild燃烧能很好的控制燃烧场的最高温度和反应放热速率,得到较为均匀的温度场,并因此降低产物中污染物的浓度。对不同预热温度、不同拉伸率下工况的计算证明了Mild燃烧能够扩展燃料的燃烧极限,Mild燃烧对流场等外部干扰的敏感度较小,燃烧稳定。