天然气柔和燃烧锅炉结构参数影响模拟研究

在天然气锅炉中引入柔和燃烧技术将大大降低NOx排放,高速未燃气卷吸高温烟气回流并与之快速掺混再燃烧是柔和燃烧的重要特征,因此,开展天然气锅炉关键结构参数优化设计以组织流场形成柔和燃烧所需的高温低氧反应气氛非常必要。基于天然气锅炉的工况特征,设计了热负荷15kW的模型燃烧室,采用数值模拟手段详细研究了燃烧室高度、喷嘴孔径、喷嘴相对位置及烟气出口尺寸对燃烧室流场、组分场及关键参数——烟气回流比的影响规律,并最终确定了燃烧室结构优选方案,对天然气锅炉柔和燃烧机设计提供理论基础数据。     

400 t/h煤粉锅炉分级送风低NOx燃烧数值模拟

利用商业软件Fluent6．1对天生港电厂400 t/h燃煤锅炉分级送风低NOx改造进行数值模拟,给出原工况以及4种预改造工况下炉膛内的温度场和NOx的浓度分布,通过比较其降低NOx排放的效果、机械未完全燃烧损失q4、出口烟温等因素,预测分级风改造中的风量配比等问题．将其结果与实际运行结果进行比较,发现采用分级送风可降低NOx排放,降幅可达30％以上,NOx排放浓度的预测值与实际测量值基本相符,因此,该方法可以作为锅炉燃烧器低NOx改造的预测工具．     

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.     

分级燃烧降低锅炉NOx排放的特性分析

阐述了燃烧过程中NOx的生成反应动力学，分级燃烧降低NOx排放的机理。对乌拉山电厂WGZ410／100－12型锅炉和华能丹东电厂350MW机组锅炉的分级燃烧改造方案及其降低NOx排放效果进行分析，初步了解分级燃烧的特性。     

串行分级燃烧器柔和燃烧的实验研究

提出采用串行分级燃烧器来研究柔和燃烧,在该燃烧器中,第一段产生的烟气与燃料空气快速混合,在第二段中发生柔和燃烧.用实验方法将烟气量、当量比对柔和燃烧的影响进行了研究.测量了燃烧器出口温度、CO和NOx排放以及OH-PLIF分布图像.结果表明第一段烟气通过影响掺混段出口处温度、氧浓度以及速度来影响OH分布和污染排放特性....     

空气分级燃烧低NOx排放数值模拟研究

由煤燃烧产生的NOx引起的污染受到世界各国的重视.因此研究降低污染物排放成为燃烧研究的重要课题.对某电站锅炉的实际情况,进行了空气分级燃烧降低NOx的数值模拟研究,并和改造后的运行结果进行了比较.结果表明,分级燃烧可有效降低NOx排放,为电站锅炉清洁燃烧提供了依据.     

小型天然气锅炉低氮燃烧技术的数值模拟和实验研究

为实现小型天然气锅炉低氮排放,针对0.2 MW天然气锅炉,开发出一种以烟气再循环和燃料预混贫氧燃烧技术为基础的小型天然气锅炉专用低氮燃烧器.对此燃烧技术的排放特性进行了数值模拟研究,分析了烟气再循环率、预混段长度以及多孔板孔径等因素对NOx排放量的影响,搭建了相应的实验台进行热态实验并对其设计合理性进行了验证.被热态实...     

空气分级切向燃烧锅炉炉膛配风优化模型

为实现空气分级低NOx燃烧锅炉主燃烧区过剩空气系数的在线监控,提高该类燃烧系统的运行水平,以二次风挡板作为一次元件,利用二次风箱到炉膛出口的压降模型对二次风喷嘴的空气流量进行测量;在此基础上,根据锅炉冷热态试验数据,综合考虑颗粒燃烬、NOx排放量以及风机输送电耗等因素,建立空气分级低NOx燃烧锅炉炉内风粉分布的优化模型,在给定燃料喷嘴运行方式和炉膛出口过剩空气系数的条件下,对二次风挡板开度进行优化。一台300 MW锅炉的应用表明,炉膛配风优化后,烟气NOx排放和颗粒燃尽度得到良好协调,且在保证NOx排放量为255 mg/m~3的情况下,优化后风箱-炉膛差压降低191 Pa,减少了风机电耗。     

切向燃烧电站锅炉采用综合空气分级燃烧技术的数值研究

切向燃烧的电站锅炉将水平浓淡低NO_x燃烧器与顶部燃尽风同时使用,即综合空气分级燃烧技术,可有效地降低NO_x排放。对350 MW电站锅炉数值计算结果表明:常规直流煤粉燃烧器改造成低NO_x燃烧器,可降低NO排放浓度7%;对于同一种燃烧器采用OFA可降低NO排放浓度9%;同时使用低NO_x燃烧器和OFA,可降低NO排放浓度18%。水平浓淡低NO_x燃烧器与周界风偏置等设计,在提高燃烧稳定性、预防炉壁结焦腐蚀等方面有诸多优点。对造成的飞灰含碳量增加,本文给出了合理的指导建议。     

低排放分级燃烧器中CH4燃烧特性

烟气回流是实现柔和燃烧的手段,为精确控制回流比例,建立了分级燃烧器,实验研究了回流比例、当量比对CH4柔和燃烧火焰形态和NO、CO排放的影响。当量比为0.8,回流比例为0.6～0.7时实现柔和燃烧,反应区分散不分层,烟气中NO和CO体积分数分别小于1.2×10-5和4×10-5;回流比例过小时发生扩散燃烧,过大时燃烧不稳定;NO排放主要在烟气发生区产生。回流比例为0.6、当量比为0.6～0.8时,射流和主流有效掺混并伴有火焰抬升,实现柔和燃烧;相同当量比时,分级燃烧的NO排放较旋流扩散低,当量比0.8时,分级燃烧相对旋流扩散减排NO达44%。     

Scalar gradient behaviour in MILD combustion

The results of three-dimensional Direct Numerical Simulation (DNS) of Moderate, Intense Low-oxygen Dilution (MILD) and conventional premixed turbulent combustion conducted using a skeletal mechanism including the effects of non-unity Lewis numbers and temperature dependent transport properties are analysed to investigate combustion characteristics using scalar gradient information. The DNS data is also used to synthesise laser induced fluorescence (LIF) signals of OH, CH₂O, and CHO. These signals are analysed to verify if they can be used to study turbulent MILD combustion and it has been observed that at least two (OH and CH₂O) LIF signals are required since the OH increase across the reaction zone is smaller in MILD combustion compared to premixed combustion. The scalar gradient PDFs conditioned on the reaction rate obtained from the DNS data and synthesised LIF signals suggests a strong gradient in the direction normal to the MILD reaction zone with moderate reaction rate implying flamelet combustion. However, the PDF of the normal gradient is as broad as for the tangential gradient when the reaction rate is high. This suggests a non-flamelet behaviour, which is due to interaction of reaction zones. The analysis of the conditional PDFs for the premixed case confirms the expected behaviour of scalar gradient in flamelet combustion. It has been shown that the LIF signals synthesised using 2D slices of DNS data also provide very similar insights. These results demonstrate that the so-called flameless combustion is not an idealised homogeneous reactive mixture but has common features of conventional combustion while containing distinctive characteristics.     

天然气燃烧特性与NOx排放特性数学模拟

采用详细化学反应机理并运用良好搅拌反应器模型,通过化学反应动力学模型的数值计算,就典型的4种天然气组分进行了多种工况下的燃烧特性与NOx排放特性研究.计算结果表明：助燃剂中氧含量对着火时间非常敏感,氧含量较高,着火时间提前;低氧和富燃燃烧方式均可减少NOx排放.     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

Effects of hydrogen addition on combustion characteristics of a methane fueled MILD model combustor

Combined with need of the carbon emissions, the feasibility of Moderate or Intense Low-oxygen Dilution (MILD) combustion fueled with hydrogen/methane blends needs to be investigated. This paper discusses the pollutant emissions, the stable operating range and the flame morphology for a jet-induced MILD model combustor. The hydrogen/methane volume ratios range 0:10 to 5:5. The NO_x emissions are less than 5 ppm@15%O₂ when the hydrogen content is less than 50% by volume in the atmospheric conditions. The calculation using chemical reactor network (CRN) model demonstrates that the effect of heat loss on NO_x emissions increases as the adiabatic combustion temperature increases, which is consistent with the experimental results. The maximum OH1 signal intensity increased at higher hydrogen content, especially when the hydrogen content exceeds 30% by volume. Due to the increase in turbulent burning velocity and the enhancement in the reaction intensity, the reaction zones shrink with increasing hydrogen content. In addition, with increasing hydrogen content, the stable operation range of the combustor becomes narrower, and the stable combustion is not maintained when the hydrogen content exceeds 50% by volume. The findings of the paper help to further understand the effect of hydrogen content on the formation of MILD combustion in the jet-induced combustor.     

当量比对微型燃气轮机H2/Air燃烧特性的影响

为了探究氢气微型燃气轮机的燃烧特性,用数值模拟方法分析了6种不同当量比工况下的燃烧室内流场特性、压力损失、燃烧效率、NO_x排放和速度分布等参数。结果表明：当量比对回流区的范围影响不大,压力损失和出口速度随当量比增加逐渐增大,出口温度分布系数（OTDF）、排气温度和NO_x排放随当量比的增加先增大后减小;径向速度的分布关于燃烧室中心轴线对称;当量比小于1时,燃烧效率在99.9%以上;当量比大于1时,燃烧效率随当量比增加而降低;当量比为1时,排气温度达到2 500 K,NO_x排放达到最大值,偏离化学当量比燃烧有利于抑制NO_x的生成。     

燃气轮机掺氢燃烧技术

目的  随着国家为能源行业设立了碳达峰、碳中和的宏伟目标,对电站燃气轮机低碳排放技术改进的需求日益增长。国内对该目标的关键技术路径的探索亟待展开。燃气轮机的贫预混燃烧技术能使燃烧偏离理论空气量,是目前降低NO_x排放主要技术,同时通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。 方法  采用Chemkin-Pro软件建立一维预混自由传播火焰模型,比较不同当量比、初始温度、初始压力、掺氢比对燃烧温度、燃烧速率、污染物生成浓度、燃烧自由基、链式反应等的影响;模拟燃烧过程的温度分布、燃料组分变化及其排放特性。 结果  发现了通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。但天然气掺氢的贫预混燃烧所带来的较高的火焰温度反而会促进NO_x的生成,同时,在较低的当量比下将会产生更多的CO。 结论  基于以上研究,获得了掺氢燃烧的关键数据,为掺氢燃烧技术路径的完成奠定了基础。     

电厂锅炉立体分级低氮燃烧改造

某自备电厂#1、#2机组锅炉燃烧器NOx排放值在500~600 mg/Nm3之间,为达到国家标准,采用水平与垂直方向分级而形成立体分级燃烧技术进行改造。改造后经测试,在300 MW负荷,省煤器出口含氧质量分数ω(O2)3.5%的前提下,NOx排放≤350 mg/Nm3[ω(O2)=6%],飞灰含碳量不大于改造前的水平,改造效果显著。     

四角切圆燃煤锅炉变SOFA风量下燃烧特性数值模拟

对某电厂660MW四角切圆燃煤锅炉增加了分离燃尽风(SOFA)的低氮改造,利用Ansys Fluent14.0软件进行了改造后燃烧特性的数值模拟,并将数值模拟结果与实际测量数据进行对比,研究了炉膛速度场、温度场、组分场和NOx质量浓度的分布规律,分析了不同SOFA风门开度下燃烧器区域以及沿炉膛高度方向NOx质量浓度的变化.结果表明:低氮改造中增加SOFA后的温度分布较均匀,切圆形成较好,没有出现火焰贴墙现象;当SOFA风门开度由30%增大到100%时,燃烧器区域最高温度由1 803K降低到1 684K,最高温度降低119K;燃烧器区域NOx最高质量浓度由388 mg/m3降低到259 mg/m3,降低了129 mg/m3;炉膛出口NOx质量浓度由487.9mg/m3降低到307.4mg/m3,降低了180.5mg/m3;通过调节SOFA风门开度可有效降低炉膛出口NOx质量浓度.