燃煤机组SCR催化剂表面积灰板结层多重分形分析

燃煤电站烟气中的飞灰在SCR催化剂表面沉积板结形成强垢是导致催化剂失活的重要原因,为及时清理催化剂表面强垢层,通常采用超声共振结合蒸汽吹扫将强垢去除,然而由于燃煤飞灰在催化剂表面的沉积板结使得强垢层形成较为稳定,导致现场高能耗操作下清灰效果不明显。为更好地研究飞灰在催化剂表面沉积板结对强垢形成的影响,借助现场小修期和SCR改造项目热态性能试验将不锈钢采样盘布置在3层催化剂层的迎风面进行采样,将3层SCR催化剂垢层样品采用原子力显微镜(AFM)进行表征测试,通过设置合适的阈值采用Matlab图形处理得到黑白二值图,并通过信息熵法获得盒子尺寸来分析多重分形标度区间的影响。结果表明,随着烟气的流程方向板结层的高程分区逐渐趋于碎片化,沉积飞灰粒度逐渐趋于均匀化,并随烟气流程的增加多重分形参数具有标度不变性;同时关联分形维数D_2随着烟气流程的增加逐渐与Hausdorff分形维数D_0接近;根据加权矩随变特性还发现板结层微观颗粒会随烟气流程的增加逐渐由疏松不均性演变为致密均匀性;由3层板结层多重分形谱对称性发现,随着烟气流程的延长,催化剂表面垢层多重分形谱宽度Δα明显增加,相应垢层表面粗糙度逐渐增加,且垢层表面奇异峰分布更加明显,催化剂表面飞灰板结形成垢层的主导因素主要源于小颗粒、小高程的概率分布点。研究表明,随着烟气流程的增加,催化剂表面垢层的多重分形特征明显,沉积飞灰颗粒粒度变小,板结层的均匀性增加,微观拓扑表面的高程聚类特征消失,为超声波共振与蒸汽吹扫等现场清灰操作提供理论依据。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。     

N2和CO2稀释对氢气-空气湍流扩散燃烧及NO生成特性的影响

采用18组分47步H2-N2-CO2反应机理模型、可实现k-ε模型及涡流耗散概念(EDC)模型研究了N2和CO2稀释作用对氢气-空气同轴射流湍流扩散燃烧过程的影响.结果 表明:2种稀释剂均能有效降低氢气燃烧温度,降低NO质量分数,且NO峰值质量分数随着火焰峰值温度的升高而上升;与稀释剂N2相比,CO2对降低氢气燃烧温度和NO质量分数的效果较好;2种稀释剂对火焰峰值温度及NO峰值质量分数的影响是非线性的,随着稀释率的增大,稀释剂降低火焰峰值温度的效果明显增强,而抑制NO生成的效果逐渐减弱;当稀释剂为N2、稀释率为0.5或稀释剂为CO2、稀释率为0.3时,能使火焰峰值温度处于中等水平情况下NO峰值质量分数依然较低,有利于实现氢气的高效低污染燃烧.     

微型燃气轮机改烧氨气/氢气混合燃料的数值模拟研究

通过数值模拟对某80 kW微型燃气轮机环形低氮燃烧室进行适当的改造并对其燃烧及NO_x生成特性进行研究。研究结果表明：将烧天然气燃料的燃烧室改烧氨/氢混合燃料,在输出功率相同时燃料体积流量增大,通过增加燃料进气喷嘴的直径来降低燃料的进气速度;当掺氢比为0.3时,该结构的燃烧室燃烧不充分,燃烧效率达不到要求;当掺氢比在0.35～0.5、燃料华白数在19.9～21.7范围内变化时,该燃烧室可以实现高效稳定的燃烧,性能接近燃烧天然气燃料;氨/氢混合燃料中掺氢比增大,则NO_x排放量也快速增大;由于燃料型NO_x排放量占主导地位,该微型燃气轮机燃烧室不能实现低NO_x燃烧,NO_x排放远超国家标准,需要加装脱硝装置才能实际应用。