二氧化碳和富氧空气对甲烷与乙烯燃烧的影响

利用碳氢燃烧实验台,研究了二氧化碳和富氧空气对甲烷、乙烯层流燃烧火焰的特性影响,分析了不同气氛下火焰结构特性和温度分布规律. 结果表明,随氧浓度从21%增加到50%(j),甲烷、乙烯火焰高度下降70%,火焰温度和亮度同时增加,且发光区域呈向下收缩趋势;相同氧浓度下,乙烯火焰亮度高于甲烷. 随CO2浓度由0增加到20%(j),火焰高度增加28%,各高度处火焰边缘温度平均下降290℃,中心温度平均下降132℃. 火焰亮度降低,由黄色变为暗黄色,底部亮度更低,CO2浓度超过20%(j)后,火焰出现悬浮状态,最终被吹熄.     

辊道窑烧成带富氧燃烧及火焰空间数值模拟

采用FLUENT软件对气烧明焰陶瓷辊道窑烧成带的火焰空间进行数值模拟研究,并对不同氧气浓度下以天然气和炉煤气为燃料时辊道窑烧成带的燃烧特性进行对比.数值模拟结果表明:当燃料种类和燃料量一定时,富氧燃烧可以提高燃烧的火焰温度,随氧气质量分数百分比增加,平均温度呈上升趋势,但35%时有所减少;随氧气质量分数百分比增加,以发生炉煤气为燃料时炉内CO浓度逐渐减少,而采用天然气时,CO浓度逐渐增加;相同气氛下,以天然气为燃料时炉内温度高于发生炉煤气,CO浓度较低.本文结果为辊道窑的富氧燃烧运行提供了有益的参考.     

氧含量对富氧燃烧玻璃熔窑热工特性的影响

为加深对富氧燃烧玻璃窑炉热工特性的进一步认识,在燃料燃烧计算的基础上,应用改进的充分搅拌火焰空间传热模型,采用数值方法计算研究了氧含量对玻璃窑炉热工特性参数的影响.计算结果表明,随氧含量增加,空气需要量和烟气生成量逐渐降低,理论燃烧温度明显提高;氧含量增加,火焰黑度增大,火焰辐射给玻璃料液面的热量也增大,且增幅显著,表明富氧燃烧确有节能降耗的作用.氧含量改变对窑墙内、外表面温度和通过窑墙的散热损失影响不大.     

梭式窑中二甲醚富氧燃烧的研究初探

本研究对梭式窑中二甲醚的富氧燃烧进行研究初探。结果表明,虽然二甲醚热值比液化气低,但由于二甲醚自身含氧,在燃烧过程中所需空气远低于液化气,因此二甲醚理论燃烧温度高于液化石油气。当二甲醚采用富氧燃烧后,火焰温度急速上升,富氧浓度可降低。当氧体积分数为27%～29%时,二甲醚烧成节能效果最佳。通过富氧燃烧帮助解决二甲醚燃烧过程中有机污染物的问题,有利于二甲醚在陶瓷工业的应用,并对二甲醚富氧燃烧技术在陶瓷窑炉的应用进行经济效益分析。     

cvgttct控制富氧燃烧中NOx生成的方法

富氧燃烧由于具有火焰温度高、烟气热损失小和燃烧效率高等优点，是一项具有良好开发前景的高效节能技术，但在考虑到国际社会对温室气体的排放限制趋于严峻的背景下，火焰的高温化导致NOx排放增加而限制其应用和发展，因此如何降低富氧燃烧时N0x的排放成为必须解决的难题之一．本文介绍富氧燃烧N0x生成机理，以及几种控制N0x排放的方法。     

富氧燃烧的技改

富氧燃烧过程中因氧气含量增加,燃烧速度加快,燃烧过程得到强化,热辐射迅速增强,燃尽率得到提高,有助于提高热效率。同时空气量及烟气量均显著减少,火焰温度、火焰黑度和辐射热均随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高,从而达到节能降耗减排、延长窑运行周期等目的。我公司通过对一线熟料生产线进行富氧燃烧改造,提高了回转窑煅烧的稳定性及熟料台时产量,减少了烧成煤耗,降低了熟料生产成本,取得了良好的环境、经济与社会效益。     

低温干馏煤气/富氧大当量比燃烧实验及数值模拟研究

在内热式低温煤干馏中,引入富氧燃烧,同时提高煤气当量比,是在维持炉内温度分布基本不变的前提下提高煤气质量的有效途径。通过不同富氧比及不同尺寸烧嘴下的大当量比煤气/富氧燃烧实验结合数值模拟分析,探究了富氧低温干馏中的内热火焰温度分布特性及其受工艺条件和烧嘴尺寸的影响。结果表明:增大富氧比的同时增大燃料当量比可以维持平均火焰温度与空气助燃工况基本一致,但火焰锋面温度受局部当量比及流动条件影响;减小燃料及氧化剂射流的初始速度差,可以减缓组分混合、延长火焰并降低火焰锋面温度;煤气中三种气体按参与反应的速率快慢排序依次为氢气、一氧化碳、甲烷,随着燃烧反应进入湍流混合速率控制模式,组分间的选择性燃烧特征相对减弱。     

富氧燃烧中气体辐射模型对燃烧与换热数值模拟的影响

富氧燃烧过程中,由于使用再循环烟气代替空气中N₂作为稀释剂,烟气中存在大量CO₂和H₂O。CO₂和H₂O作为非极性三原子分子,具有N₂没有的辐射能力,导致富氧燃烧中气体辐射特性发生变化。在数值模拟过程中,气体辐射模型是一个重要的子模型。前人提出多种修改后适用于富氧燃烧的气体辐射模型,但不同气体辐射模型在不同富氧燃烧工况数值模拟中的影响尚未有统一研究。为了研究不同炉型下,气体燃烧和煤粉燃烧中气体辐射模型对燃烧换热模拟结果的影响,通过编程,将一种考虑CO影响的气体辐射模型以及文献中的6种典型气体辐射模型耦合入数值模拟计算。结果表明,在气体富氧燃烧中,气体辐射模型影响了火焰结构。同时,燃烧温度分布有所变化,不同模型结果之间差别最高可到500 K。气体与壁面之间的辐射换热受到影响。气体辐射模型对炉膛中心火焰区域影响较大,而对非火焰区域影响较小。在煤粉富氧燃烧过程中,当有效辐射层厚度在0.3 m左右时,如在100 kW下行炉中,气体辐射模型对煤粉燃烧数值模拟结果几乎没有影响。这可能是由于颗粒辐射在辐射换热计算中占主导地位。而当有效辐射层厚度在16 m左右时,如1000 MW塔式炉中,气体辐射模型对炉内切圆燃烧火焰温度以及组分浓度影响较大,温度差别可到100 K左右。而气体辐射模型对炉膛中心模拟结果没有影响。     

梭式窑预混富氧燃烧预热阶段换热特性的模拟研究

通过计算流体力学(CFD)软件—FLUENT研究了富氧浓度对预热阶段梭式窑内换热特性的影响。结果表明火焰最高温度随富氧浓度的增加非线性增大。梭式窑内的富氧燃烧可以减少高温高速烟气射流直接对窑墙的冲刷。由于烟气不能充分冲刷烧嘴附近区域和烟气射流顶部回流的影响,窑炉断面出现温差。为使窑内温度尽量均匀,预热阶段也可通过控制燃料量,点燃全部烧嘴。富氧助燃可以使窑内换热增强,减小窑内温差。     

天然气富氧燃烧特性分析

随着全球各个国家对能源需求的不断增长和对环境保护意识的逐渐增加,我国以煤炭为主要消耗能源的现状已不符合可持续发展的理念。现阶段我国正在对清洁能源天然气大力推行,使得天然气在我国能源消耗中占比越来越大。如何提高能源燃烧效率的同时使污染物的排放得到减少,已成为了目前全球各个国家迫切需要解决的问题之一。富氧燃烧一种是利用助燃气体以高于空气中的氧气浓度进行燃烧的技术。能降低燃料的燃点,加快火焰的燃烧速度,燃烧过程中烟气含量减少,传热能力增强,从而大幅度提高燃烧效率,节约能源。但是在富氧燃烧过程中,必定产生比空气燃烧高得多的高温。这些高温会使空气中以及燃料中的N_2反应生成污染物NO_x,如何减少NO_x的生成量,就是富氧燃烧目前需要解决的问题。在建立好燃烧器,并完成网格划分之后,进行了富氧燃烧的模拟分析,从而得到了天然气在不同条件下的燃烧特性。并且分别研究了当助燃气体氧气氮气比例不同以及氧气和二氧化碳配比不同的NO的生成量,从而得到富氧燃烧时,减少NO_x生成量的最佳燃烧条件。     

水蒸气纯氧条件下合成气燃烧特性

水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注,对合成气在水蒸气纯氧条件下的燃烧特性进行了实验研究。在扩散燃烧实验台上测量了H₂O/O₂为2.0时,燃烧室中心气体成分和火焰温度随停留时间的变化规律,分析了过量氧气系数对合成气水蒸气纯氧燃烧过程的影响。研究结果表明:过量氧气系数为0时,H₂和CO的燃烧主要在前28 ms内,H₂的燃烧速率较快,能够快速燃尽;CO燃烧较慢,燃烧室出口含量依然很高。过量氧气系数从0增大到10%时,CO的浓度整体降低,燃烧速率提高,燃烧前期火焰温度提高。燃烧室出口CO浓度随过量氧气系数的增加逐渐降低,氧气微过量时CO浓度迅速下降,继续增大时,燃烧室出口CO的浓度下降缓慢。     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

Numerical study of coal particle cluster combustion under quiescent conditions

Behavior of ignition and combustion of coal particle cluster under a quiescent condition was numerically simulated by solving balance equations of mass and enthalpy with combustion kinetic models of volatiles and char. Two-flame structure, one flame penetrating into the cluster and the other moving out of the cluster, was predicted during the combustion of coal particle cluster. Effects of radiative heat transfer, group number, ambient temperature, coal particle size, and oxygen concentration on ignition and combustion of coal particle clusters were also analyzed. Simulations indicated that the gas volume fraction of coal particle cluster increases with time after devolatilization. Gas velocity passing through the cluster surface varied significantly at volatile liberation. The ignition time delay was reduced with the increase of ambient temperature. The cluster devolatilization rate and char burning rate increased while the ignition time delay decreased with the increase of ambient oxygen concentration.     

电磁场强度对层流火焰和NO生成特性的影响

在液化气与空气燃烧的层流火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,采用双铂铑热电偶和综合烟气分析仪检测层流自由射流火焰温度和NO浓度,分析了不同磁场强度下层流自由射流火焰特性和NO生成特性. 结果表明,在电磁场作用下火焰长度变短,火焰下部直径增大;随磁场强度增大,火焰面下部温度提高. 电磁场可减少火焰中N, HCN, CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NO浓度降低,最大下降值为4.26 mg/m3,最大降幅为78.60%.     

高浓度丙酮VOCs高温预热近极限贫燃预混火焰特性的数值分析

为进一步对一种丙酮挥发性有机化合物（VOCs）焚烧炉进行设计优化和运行参数调节,本文对其在不同的燃料当量比、预热温度下的火焰特性进行了数值模拟,分析了其绝热火焰温度、着火延迟时间、火焰传播速度和一维火焰产物分布特性。研究结果表明：典型当量比（约0.113）下的绝热火焰温度为850~900℃,属于中低温燃烧,绝热火焰温度随预热温度和当量比（0.06~0.4）的升高均线性升高。预热温度和化学当量比对着火延迟时间的影响十分敏感。在其典型贫燃条件下,层流火焰传播速度随预热温度升高呈指数函数关系增大,随化学当量比增大而缓慢升高,且其层流火焰传播速度不超过150cm/s。反应过程首先发生丙酮的分解和部分氧化,并持续时间较长,仅当混合物的温度升高一定程度后才发生较剧烈的CO氧化。     

Large-eddy simulation of ethanol spray-air combustion and its experimental validation简

Large-eddy simulation of spray combustion is under its rapid development. Different combustion mod- els were used by different investigators. However, these models are less validated by detailed experimental data. In this paper, large-eddy simulation （LES） of ethanol spray-air combustion was made using an Eulerian-Lagrangian approach, a subgrid-scale kinetic energy stress model, and a filtered finite-rate combustion model, neglecting the sub-grid scale reaction rate. The simulation results are compared with experimental dada in the literature and vali- dated in detail. The LES obtained statistically averaged gas temperature is in much better agreement with the ex- perimental results than Reynolds averaged （RANS） modeling using the most complex probability density function （PDF） equation combustion model. The instantaneous LES results show the coherent structures of the shear region near the high-temperature flame zone and the fuel vapor concentration map, indicating that the droplets are concen- trated in this shear region. The instantaneous temperature, oxygen and carbon dioxide concentration maps show the close interaction between the coherent structures and the combustion reaction.     

回转窑二次风富氧燃烧的数值模拟

针对一实际尺寸的回转窑建立模型，分别进行了空气助燃(21% O2)和二次风富氧(23% O2)燃烧的数值模拟研究。结果表明，二次风富氧后，高温区覆盖形状没有明显变化，仍呈“棒槌状”；在回转窑前端，煤粉挥发分与焦炭燃烧速度加快，整体温度有所提升，最高温度由2386 K增至2427 K，壁面所接收的辐射量得到了提升；但NOx的生成量也大幅度提高，其中出口处NOx由247 mg/m3增至367 mg/m3。考虑到制氧成本问题及NOx排放问题，在二次风中进行富氧燃烧的总体效果不够理想。