掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响数值模拟研究

本文针对以天然气为燃料的燃气轮机使用掺氢燃料后的燃烧及其排放特性开展研究,基于DLN1.0燃烧室火焰筒,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H2体积含量0~30%一共7种工况)在恒定热功率和相同当量比条件下对天然气混合气燃烧过程的影响,获得火焰筒内流场、温度场和燃烧产物的分布参数以及对应关系。研究显示,随着掺氢比的增加火焰温度上升,燃烧反应区扩大,火焰筒出口处的温度分布均匀性变差;掺氢造成局部释热量的改变,会导致NOx的排放随着掺氢比的增加而呈现增加趋势;CO和CO2的排放量都有显著的减少,H2O的生成量显著增加。同时本文提出稀释燃烧的方法来解决由掺氢造成的一系列问题,研究不同当量比的工况下掺氢燃烧后的燃烧及排放特性变化,并计算得到各个掺氢比工况下最佳的当量比范围。研究结果为后续工业燃气轮机天然气掺氢燃烧技术的应用提供了理论指导。     

燃气轮机天然气掺氢燃烧及排放特性数值模拟研究

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0～30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_x、CO和CO₂排放的影响规律。结果表明,在燃料体积流量恒定的情况下：如果固定燃料当量比,掺氢会降低燃烧室热负荷,并能够降低燃气中CO和CO₂浓度,但会导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.48。在热负荷恒定的情况下,如果固定燃料当量比,掺氢能够降低燃气中CO和CO₂浓度,并导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.47。...     

掺氢对燃气轮机燃烧室燃烧和排放性能的影响研究

为了研究以天然气为燃料的干式低排放（DLE）贫预混（LP）燃烧室改用氢燃料时的性能变化和掺氢极限,满足低碳排放燃机安全可靠运行的要求,以某F级发电用重型燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了天然气/氢气混合燃料不同掺氢比（H₂体积分数0～100%共6种工况）对燃烧室燃烧和排放性能的影响,分析了燃烧室可能出现的问题。研究表明,燃用天然气的LP燃烧室在改用氢燃料时,存在着回火的巨大风险,在掺氢比达40%时回火导致的燃烧器喷口高温区域明显,在更高的掺氢比下存在烧毁的可能,且高氢条件下回火发生且向上游传播,为机组运行带来巨大的安全问题。中心以扩散方式工作的值班燃烧器不存在回火风险。产物中CO和CO₂的含量随掺氢比的增加而降低,H₂O含量增加;NO_x的排放量随氢含量的增加呈现增加的趋势,但增幅并不显著。     

天然气掺氢发动机性能试验

以台架实验的方法,对发动机燃用天然气(CNG)和天然气掺氢(HCNG)燃料的动力性和排放性能进行了对比研究.结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料能够加快缸内燃烧过程,改善CNG发动机稀燃性能,降低发动机排温.与纯天然气发动机相比,其排放物CO、CO2、HC得到降低,同时NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增大,发动机NOx排放大幅减少,得到较优的排放性能.     

掺氢天然气干气密封启动特性研究

为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响,提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型,分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先,采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据,验证了数值模型的可靠性;然后,针对GE PCL800机型天然气管线压缩机螺旋槽干气密封,分析了4种掺氢比(H₂体积分数分别为0、10%、20%、30%)和5种进口压力(4、6、8、10、12 MPa)对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等静态特性的影响规律;最后,分析了4种掺氢比和5种进口压力下,转速、进口压力、平衡比和弹簧比压对干气密封启动特性的影响规律。研究结果表明：所提出的干气密封性能数值预测模型能够可靠预测高压差下干气密封出口阻塞效应及其对密封性能的影响;掺氢比对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等密封静态特性影响较小;干气密封开启临界转速随掺氢比的增加而增大(掺氢比增加30%时,开启临界转速增大8.51%～16.90%),因此天然气掺氢增大了干气密封的开启难度,需设计合适的平衡比和弹簧比压以保证干气密封顺利开启。该研究结果可为掺氢条件下天然气管线压缩...     

掺氢天然气的热物理特性研究进展

掺氢天然气管道输送能够高效解决氢气产地和用氢地域的错配问题。然而,氢气注入天然气后,改变了原管道系统输送气体的流动状态及热力学特性。因此,对管道输送掺氢天然气的管线压缩机、计量方面的影响进行了总结;然后,综述了近年来对各种工况的掺氢天然气热物理参数研究内容,包括密度、温度、压力、粘度、比热容、互换性、压缩因子、发热量及焦耳-汤姆逊系数;最后,展望了掺氢天然气热物理参数研究的发展趋势。掺氢天然气热物理参数的总结能够为后续掺氢天然气管道输送的理论研究和工程应用提供参考。     

高压直喷天然气发动机外特性燃烧及NO_x排放

以六缸增压中冷发动机为研究对象,采集不同工况下示功图并对NOx排放进行了测试,分析了外特性燃烧特性及排放随转速的变化规律.试验结果表明:在外特性整个转速范围内,瞬时放热率呈先急后缓的趋势,转速越高,瞬时放热率峰值越低;由于低速时滞燃期较长,因此天然气预混燃烧比例较大,各燃烧阶段分界较明显,转速升高到1 100r/min时,滞燃期明显缩短,天然气预混燃烧比例减小,扩散燃烧成为天然气主导的燃烧模式;转速小于900r/min时,NOx排放随转速升高而增加;转速在900~1 600r/min之间时,随转速升高而降低;转速高于1 600r/min时,NOx排放没有明显变化.     

贫燃预混燃烧室混氢燃烧性能研究

为加快实现碳中和,传统化石燃料燃气轮机逐步向含氢气燃料转型,因此需要掌握燃料中氢气对燃气轮机燃烧室性能影响,为燃气轮机燃氢化奠定理论基础。本文以国内某型现役低排放燃气轮机燃烧室参数与结构为例,采用氢气甲烷混合燃料燃烧,研究混氢比例对燃烧室性能影响。研究表明：氢气体积占比低于30%时,燃烧室喷嘴无回火;燃料中氢气占比由0增加至30%,燃烧室总压损失升高11%,NOx排放(@15%O₂干基)升高31%,火焰筒上游区域温度略有升高,燃烧效率升高,出口温度场均匀性几乎无变化。     

过量空气系数对HCNG发动机燃烧排放的影响

为了使天然气掺氢(HCNG)发动机达到更好的经济性和排放性,在一台6缸天然气发动机上研究了过量空气系数(λ)与掺氢体积比对HCNG发动机燃烧、效率及废气排放的影响.结果表明: 对各种掺氢比燃料,随着λ增大,最大燃烧放热率都降低,燃烧持续期增加,发动机指示热效率、 NOx排放先增后降, CH4、 CO排放先降后增;掺氢天然气相对纯天然气燃烧持续期缩短,因此HCNG发动机相对纯天然气发动机经济性和排放性更好.对于发动机的每个工况,都存在一个最佳的λ, 使得发动机的各种性能达到最优平衡.     

T型天然气管道掺氢输送流动特性数值模拟研究

由于天然气掺氢输送会对输气管道水力热力特性、输送安全等有较大影响,因此研究天然气掺氢输送特性十分必要。采用Simdroid仿真平台与Fluent软件,建立T型天然气掺氢管道流动计算模型,仿真模拟天然气-氢气掺混过程,进而明确管道规格、流速、掺氢比等对掺混效果的影响作用。结果表明,当掺氢比由10%增大至20%时,管内中上部氢气浓度明显增加,氢气的分层现象也更为显著,宽度约占主管道管径的1/2;混合气在掺混中心处会形成速度为3 m/s的区域,该区域右侧靠近壁面位置,出现一个速度低于0.5 m/s的氢气低速区,随着掺混的进行,在距离掺混中心200 mm左右处,该区域消失。该研究可明确天然气掺氢后混合气均匀性、氢气低速区和氢气聚集区,为实现天然气管道掺氢输送、开发高效掺混工艺提供依据。     

燃烧室结构形状对柴油机经济性和排放的影响

对于直喷式柴油机来说，燃烧室结构形状直接影响到燃烧室的气体运动及燃烧过程的进行．最终影响柴油机的经济性和排放性能．本文从小型直喷式柴油机的燃烧过程出发，通过试验对比．结合缸内燃烧放热过程的计算，分析探讨了三种燃烧室结构形状对燃烧放热及柴油机性能的影响，为设计开发新产品提供一定的参考依据．     

生物柴油/柴油混合燃料喷油提前角优化

为了得到使用生物柴油/柴油混合燃料的最佳喷油提前角,对不同角度混合燃料的燃烧和排放特性进行了研究。结果表明:喷油滞后(提前),燃烧压力、压力升高率与瞬时燃烧放热率降低(增加),曲线后移(前移)。NOx排放降低(增加),且随着负荷的增加,降低(增加)的幅度增大。原机条件下混合燃料烟度最低,喷油提前和滞后都会引起烟度的增加。喷油适当滞后(降低3°)可以在烟度增加不多的情况下有效控制生物柴油/柴油混合燃料的NOx排放,同时压力升高率的降低会使发动机工作更加柔和。     

起伏天然气掺氢管道气体静置分层过程数值研究

天然气管道掺氢输送被认为是当下清洁、经济转运氢能的方式之一。利用计算流体力学方法,研究了均匀掺入不同体积分数氢气的起伏天然气管道停输后气体静止分层的过程,重点分析了起伏高差对静置分层发展历程及稳定后氢气最高体积分数的影响。结果表明,倾斜管内气体剪切作用尤为明显,气体流动可分为4个阶段:剪切启动与增强阶段、剪切起旋与衰减阶段、旋涡消亡与流动平整阶段、流动减速与垂向分层阶段。气体流动的强弱直接决定了管内体积分数的变化历程。起伏高差和管道长度同时增加的条件下,气流剪切作用加剧,静置分层达到稳定所需的时间更长。因而,需依据氢气风险浓度确定停输检修的安全窗口期。     

螺旋卷式膜组件中天然气分离过程的模拟计算

利用错流流动模型及膜渗透的溶解-扩散机理,对螺旋卷式膜组件中天然气的分离过程进行了模拟计算.分析了膜高、低压侧压力比、流股的级切割比及进料组成等有关参数对分离过程的影响.通过模拟计算可以预估出所需的膜面积.这对卷式膜分离器设计与操作中参数的合理选择具有一定的指导意义.     

气田开发后期管网改造方案研究

川南气田经30多年的开发已全面进入气田开发后期的低压开发阶段,气田地层能量衰竭使地面集输系统不相适应,影响到气田的进一步开发。本文根据川南气田的开发现状,综合考虑地面集输系统采、输、配各个环节,提出天然气地面集输系统干线降压方案,从而协调天然气采、输、配的关系。     

浦东地区天然气转换技术方案的研究

提出浦东地区天然气转换的技术方案，从气源点起由近及远，分为６个５万户左右的小区，由高压至低压逐级转换，一年内完成．在输配管网转换中，根据现状近期采用不同级制过渡，可节省投资加快进程，最终再实现高中压二级输配系统．采用天然气直接置换人工煤气，当放散点取样煤气中ＣＯ≤１．０％时为合格．     

鄂尔多斯盆地中东部地区上古生界天然气储藏系统形成特征

对鄂尔多斯盆地中东部地区上古界的气源进行了对比，分析了该区域的地质条件。鄂尔多斯盆地中东部地区上古生界为独立的天然气系统，上古生界气藏形成受多种因素的控制。该区天然气藏主要为岩性气藏，其分布受沉积特征控制，其中本溪组山２段气藏由储集体决定；山１段盒７段气藏受盖层质量控制；盒６段上石盒子组气藏较少。其原因在于其中的泥岩受异常高压的阻止作用，也因为层位较高，从气源岩到达的气量较少。     

APGC燃机与燃料电池复合发电系统性能分析

基于新型环境压力下吸热燃气轮机循环APGC(ambient pressure gas turbine cycle),提出了APGC燃气轮机和常压固体氧化物燃料电池(SOFC)组成的复合发电系统.利用商业软件Aspen plus,建立了APGC燃气动力装置以及常压SOFC的数值分析模型.以西门子公司生产的120 kW燃料电池结构及设计参数作为分析基础,探索了APGC燃气轮机和SOFC组成的常压SOFC/APGC复合发电系统的性能.研究结果表明:复合装置的发电效率可以达到66.5%,显示出复合发电性能的优势.     

舟山燃气的现状分析与天然气应用的探讨

舟山市蓝焰燃气有限公司地处浙江舟山海岛,是舟山本岛唯一管道燃气生产供应企业,也是全市液化石油气销售市场的龙头。本文通过该企业发展历史、现状和当前面临困境的分析,结合国际和国内燃气的发展趋势,提出了舟山燃气的前景是引进天然气。并从液化天燃气资源、液化天燃气的价格优势、液化天燃气在培育城市燃气市场中的作用及液化天燃气在城市燃气中的应用技术等方面分析其应用的前景可行性.。