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。     

新型低NOx排放高温空气燃烧的数值研究

通过数值模拟对燃料射流环绕空气射流的五喷口高温空气燃烧的燃烧特性进行了研究.详细阐述了燃烧室内燃烧温度和燃烧组分的分布情况,并对NOx生成及其影响因素进行了分析.结果表明:燃烧室出口可燃物浓度低于0.1%,燃烧反应完全;燃烧反应主要发生在燃料射流包围的圆柱体内,沿射流方向,燃烧逐渐向空气射流方向扩大,燃烧过程缓慢,并在燃烧室后半段稳定燃烧;NOx主要在燃烧室的高温区域形成,降低燃烧室内高温区域的氧气浓度是抑制燃烧过程NOx生成的关键,在燃烧室入口附近,NOx的生成受燃料射流的入口温度影响较大.     

高温贫氧燃烧过程中NOx排放的特点

对高温贫氧燃烧过程中NOx的排放特点，以及燃烧过程中影响NOx生成的各主要因素，如预热空气中的含氧量，预热空气温度，预热空气和燃料的流动状态及混合方式以及燃料的化学成分等进行了研究和分析。并在此基础上提出了今后研究工作的方向和重点。图8表2参l0     

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。     

空气预热温度对管式加热炉燃烧性能影响的研究

为了减少管式加热炉燃烧NOx的排放和提高加热炉的燃烧效率,实现加热炉的高效低氮燃烧,以某石化公司的F1001常压炉为研究对象,建立了常压炉物理模型,选用标准k-ε模型、非预混合湍流扩散燃烧PDF模型、P-1辐射模型、NOx生成模型对加热炉内的燃烧过程进行了数值模拟研究。研究结果表明:提高空气预热温度可以扩大炉内的高温区域,有利于炉管内原油的加热;燃烧NOx生成量和炉管出口油温随空气预热温度的升高而增大,当空气预热温度超过240℃时,NOx生成量急剧增大,所以空气预热温度以240℃为宜,此时NOx生成量为137 mg/m3,低于国家标准200 mg/m3。炉膛温度和出口油温测量值与模拟值进行了比较,二者吻合较好。研究结果为某企业常压炉的运行监控提供了参考依据。     

高温低氧燃烧过程中NO_x排放规律研究

对高温低氧燃烧过程中NOx的排放规律进行了实验研宄，得到了在不同预热空气温度和不同预热空气含氧量条件下，NOx的排放规律。同时利用CFD通用软件对高温低氧燃烧过程NOx的排放浓度进行了数值计算，获得了一些规律性的关系。     

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.     

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.     

燃煤特性对空气分级燃烧NO_x排放影响的研究

以空气分级低氮改造后的切圆燃烧锅炉为对象,研究、分析了燃煤挥发分Vdaf、灰分Aar、水分Mt和燃料氮Nar对NOx生成量的影响规律。研究表明,挥发分和水分与NOx负相关,灰分和燃料氮与NOx正相关,NOx随着挥发分和水分增加而减小,随着灰分和燃料氮的增加而增加。在燃烧初期各类有利于煤粉着火、降低温度水平及降低氧量水平的因素都有利于降低NOx排放。     

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.     

通过煤粉浓缩预热低NOx燃烧器实现高温空气燃烧技术的研究

以煤粉浓缩预热低NOx燃烧器(PRP)为例,说明了通过组织高温烟气回流快速预热低风煤比的一次风煤粉气流,可以在燃煤锅炉上实现具有高稳燃和低NOx排放性能的高温空气燃烧.工业试验和应用表明:PRP燃烧器特殊的预热室结构可以有效控制一次风粉的预热,快速加热煤粉颗粒并使之在达到燃烧器喷口时接近着火温度,因而具有优异的煤种适应性、低负荷稳燃能力和低NOx排放特性,是在燃煤锅炉上实现高温空气燃烧的一种良好的燃烧器.     

空气深度分级对低挥发分煤燃烧过程影响的研究

通过数值模拟研究了在一维燃烧炉上燃用低挥发分煤的条件下,空气深度分级和煤粉细度变化对煤粉燃尽过程和NO_x排放的影响,得到了沿炉膛轴线方向上的温度、氧浓度和NO_x的分布,表明空气深度分级后燃烧后期的氧量增加,炉膛温度水平提高,而煤粉细度的提高使得上述效果更加明显,因而燃烧效率提高和NO_x排放降低,并通过实际燃烧试验验证了数值模拟结果.研究结果表明,对燃用低挥发分煤,采用空气深度分级技术和提高煤粉细度的措施,可以同时取得高效低NO_x排放的效果.     

CO2稀释燃料对富氧扩散燃烧中NOx生成的抑制作用

1前言在气体燃料或氧化剂侧添加惰性成份(作为稀释剂)是改善燃烧或抑制污染物生成的途径之一[1~6]。从本质上分析,添加稀释剂是另一种形式的烟气循环,一般为在氧化剂侧和燃料测添加H2O、N2和CO2,也有部分研究者研究了He的影响[4]。由于减排温室气体、封存CO2愈来愈成为全球性的     

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"。     

进气预混乙醇对柴油机碳烟与NOx排放的影响参数研究

在一台自然吸气式直喷柴油机上，按照组合燃烧的要求．全面、系统地研究了不同喷嘴孔径、不同供油定时、不同喷醇的始点对发动机碳烟、NOx排放以及经济性的影响．研究结果表明，为了获得更低的碳烟和NOx排放以及优越的能量经济性，与燃用纯柴油的发动机相比，采用进气预混乙醇的组合燃烧发动机的柴油供油定时可以稍迟或保持不变，燃油喷嘴的孔径应适当减小，预混乙醇的发动机负荷起点应适中．     

Operational characteristics of a parallel jet MILD combustion burner system

This study describes the performance and stability characteristics of a parallel jet MILD (Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) combustion burner system in a laboratory-scale furnace, in which the reactants and exhaust ports are all mounted on the same wall. Thermal field measurements are presented for cases with and without combustion air preheat, in addition to global temperature and emission measurements for a range of equivalence ratio, heat extraction, air preheat and fuel dilution levels. The present furnace/burner configuration proved to operate without the need for external air preheating, and achieved a high degree of temperature uniformity. Based on an analysis of the temperature distribution and emissions, PSR model predictions, and equilibrium calculations, the CO formation was found to be related to the mixing patterns and furnace temperature rather than reaction quenching by the heat exchanger. The critical equivalence ratio, or excess air level, which maintains low CO emissions is reported for different heat exchanger positions, and an optimum operating condition is identified. Results of CO and NO_x emissions, together with visual observations and a simplified two-dimensional analysis of the furnace aerodynamics, demonstrate that fuel jet momentum controls the stability of this multiple jet system. A stability diagram showing the threshold for stable operation is reported, which is not explained by previous stability criteria.     

无焰燃烧NO_x生成的数值分析和实验研究

无焰燃烧具有降低氮氧化物(NO_x)排放的优点.采用耦合骨架化学反应机理的涡耗散概念(EDC)模型,对某常温进气无焰燃烧锅炉的NO_x生成过程进行了三维数值模拟,并进行了实验验证.分析表明,该模型模拟结果与实验测试结果符合较好;无焰燃烧可以实现超低NOx排放,其摩尔分数低于20×10~(-6);NO_x主要在射流下游周围一个较宽广的空间生成;由于反应区加宽,燃烧室最高温度低于1 700 K,热力型NO相对于有焰燃烧锐减;快速型NO极低;N_2O转化型NO成为主要的NO_x生成途径.     

高温空气烧嘴参数对NOx排放影响的试验研究

设计合理的烧嘴可以控制空气和燃气的混合,从而控制Nox的排放.对6种不同几何结构烧嘴在不同的燃气流速、过量空气系数、燃气流量以及不同燃气与空气喷口间距下的Nox排放量进行了试验研究.结果表明,燃气射流速度的提高可以减少Nox的排放;在空气射流速度大致相等的各个试验工况中,空气喷口为矩形且矩形短轴指向烧嘴中心的燃气喷口时,Nox排放量最高,空气喷口为圆形时次之,空气喷口为矩形且矩形长轴指向燃气喷口时Nox排放量较低.在试验范围内,过量空气系数提高,Nox的排放增加.     

An experimental study of mild flameless combustion of methane/hydrogen mixtures

This paper presents an experimental study of mild flameless combustion regime applied to methane/hydrogen mixtures in a laboratory-scale pilot furnace with or without air preheating. Results show that mild flameless combustion regime is achieved from pure methane to pure hydrogen whatever the CH₄/H₂ proportion. The main reaction zone remains lifted from the burner exit, in the mixing layer of fuel and air jets ensuring a large dilution correlated to low NOx emissions whereas CO₂ concentrations obviously decrease with hydrogen proportion. A decrease of NOx emissions is measured for larger quantity of hydrogen due mainly to the decrease of prompt NO formation. Without air preheating, a slight increase of the excess air ratio is required to control CO emissions. For pure hydrogen fuel without air preheating, mild flameless combustion regime leads to operating conditions close to a "zero emission furnace", with ultra-low NOx emissions and without any carbonated species emissions.     

Experimental Investigation of Cutting Nitrogen Oxides Emission from Cement Kilns using Coal Preheating Method

The large consumption of coal in cement industry leads to a significant nitrogen oxide (NO_x) emission,which has caused severe atmospheric pollution due to the existing low-efficiency denitration technologies.In this research,a fuel pretreatment method on the concept of coal preheating was proposed to reduce NO_x emission from cement kilns.A special bench-scale experiment was designed to verify the feasibility of the proposed method.Experimental results showed that the proposed method could achieve high combustion efficiency,steady operation and low NO_x emission.The maximum reduction efficiency of primary NO in kiln gas reached 91.4%while the lowest NO_x emission was 145 mg/m~3 (@10%O_2) during the experiment.The effects of key parameters on NO_x emission and primary NO_x reduction efficiency were comprehensively investigated.It was found that primary and secondary air ratios determined the oxygen content in the flue gas and the reaction temperature,which multiply affected the fuel-NO_x formation and activity of reductants.Increasing the length of the reducing zone could not only enhance the primary NO_x reduction efficiency,but also lower the combustion efficiency.In addition,cement raw material could greatly accelerate the formation of fuel-NO_x while its catalytic action on NO_(x )reduction was limited.