天然气再燃烧还原NO_X的数值模拟

燃烧过程排放的氮氧化物（ＮＯＸ） 气体是危害很大、很难处理的大气污染物．降低燃烧过程中的ＮＯＸ排放有两类方法：一是降低ＮＯＸ的原始形成，第二类是还原已形成的ＮＯＸ；在还原已形成的ＮＯＸ 方法中，再燃烧（即部分燃烧后期喷入燃烧） 是当今世界前景看好的低ＮＯＸ 控制技术，它是利用燃料分级形成还原性气氛迫使ＮＯＸ分解来降低ＮＯＸ 形成的燃烧方法．其中，天然气做为再燃烧料已成功用于商业，并在其它措施的基础上再降低ＮＯＸ５０％ ～７０％ ．叙述了以天然气做为再燃烧料的再燃烧原理和途径，重点论述了采用无限快反应速率模型，并假定模拟烟气为层流或湍流粘性系数为常数的湍流情况下，运用有限差分及多重网格方法，计算出了这一还原反应过程的浓度场，得到了较为合理的结果．     

天然气再燃烧还原炉内NOx的扩散机制分析

分析了炉内天然气再燃烧还原ＮＯｘ技术的扩散机制,为检验该技术在工程上的可行性,运用快速反应模型,采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法模拟了发生在一筒化煤粉炉炉膛还原区段中的天然气再燃烧还原烟气中的ＮＯｘ反应和流运过程,数值结果表明,单从扩散机制的角度出发,在等于炉腔深度的高度上,ＮＯ的浓度水平已降至０．０２％,此高以上区域ＮＯ的浓度均低于０．０２％,而还原段的温度仍维持在适合于降低ＮＯｘ生成的高温水平。     

神俯烟煤煤岩组分再燃烧还原NOx的试验研究

再燃烧是一种成熟的低NOx燃烧技术,它是利用燃烧分级,形成还原性分氛,迫使NOx分解。本文从煤岩学的观点,讨论了以神俯烟煤作为再燃燃料的再燃烧。通过试验研究得到神俯煤镜质组对还原NOx有利,是活性组分;丝质组是惰性组分。并讨论了工程应用,提出了当用神俯烟煤作为再燃燃料进行再燃烧时应尺量除去丝质组的结论。     

纵向直进气道电喷天然气发动机进气过程的数值模拟

提出了渐缩形直进气道发动机的进气过程的多维数值解析方法，探明了气缸内纵向滚流的存在，通过与实验结果对比，验证了该计算方法的可行性。在此基础上，考察了渐缩形直进气道应用于多点电喷(MPI)天然气发动时，天然气喷射后进气岐管内的天然气浓度场和压力场，以及随后天然气—空气混合气在气缸内的质量分布和速度分布。结果表明，若仅把MPI汽油机的喷油器用天然气喷射阀更换，大量的天然气喷到进气阀后反射，造成天然气发动机进气岐管内的燃料浓度场、压力场与MPI汽油机明显不同；并且进气阀被打开后，先期吸入气缸的天然气在纵向滚流的作用下被挤向进气阀底部下方，与后期吸入气缸的空气形成明显的分层充气构造。     

温度对NOx生成影响的数值模拟

煤粉的高效、低污染燃烧一直都是国际社会共同关注的焦点问题。采用非预混燃烧模型,模拟煤粉在炉膛内燃烧过程氮氧化物（NOx）的生成,分析比较了燃烧温度对热力型NOx和燃料型NOx的生成速率、炉内的组分以及煤粉颗粒在炉膛中的停留时间等的影响,并对NOx控制技术研究进行了分析与归纳,并得出结论。随着燃烧温度增高,热力型NOx成指数关系增长,燃料型NOx的生成速率是降低的,还原速率是升高的。     

天然气掺氢配合废气再循环发动机燃烧过程的数值模拟

基于AVL-FIRE软件,数值模拟了掺氢比为20%、不同当量比(0.9～1.4)、不同废气再循环率(0-0.25,指废气的质量分数)的情况下,天然气掺氢发动机缸内压力、温度、氮氧化合物随曲轴转角的变化规律及其三维空间分布.缸内压力的计算值与实测值达到很好的吻合,表明模拟计算能进行天然气掺氢发动机的燃烧分析.计算结果表明:当天然气掺氢发动机使用废气再循环(EGR)后,缸内温度、压力、放热量和NO质量分数都降低,NO出现的时刻推迟.废气再循环率大于15%时,NO质量分数降低的速度已不明显.使用EGR是降低NO排放最直接和最有效的手段.在过量空气系数1.1处,NO生成量最高.稀薄燃烧也是天然气掺氢发动机实现低NO排放的重要手段.     

NOx在陶瓷窑炉内生成的数值模拟

借助计算流体力学(CFD)Fluent软件研究陶瓷烧成过程中NOx的生成机理,以探讨陶瓷烧成中影响NOx生成的主要因素.研究结果表明,陶瓷烧成过程中NOx的生成主要受到升温速度、烧成温度和烟气流速的影响.因而,在工艺条件及产量允许的情况下,应该适当降低陶瓷烧成的升温速度或是通过改善窑体结构、增大窑内烟气流速、提高烟气均匀性、减少烟气在高温区的停留时间来减少NOx的生成.     

电厂天然气锅炉富氧燃烧数值模拟

对传统燃烧方式下和应用富氧燃烧技术(O2/CO2燃烧技术)时电厂天然气锅炉内的燃烧特性进行数值模拟研究.结果表明随着氧气浓度的增大,整个炉膛的高温区分布趋于集中,烟气温度增加,火焰分布更为集中,充满度也越来越差.当氧气浓度为25%时,炉膛内的温度分布和烟气辐射特性与传统燃烧方式下最接近.当氧气浓度由21%上升到40%时,炉膛内烟气温度得到较大幅度的提高,燃烧器所在截面温度上升300 K以上,火焰充满度变差.     

燃烧室燃烧过程中NOx生成的数值模拟

用有限反应速率二阶矩输运方程模型来模拟湍流燃烧中NO的生成．在生成模型中,考虑了“热力”NO及“瞬发”NO的生成,用此二模型对三维湍流燃烧室燃烧过程中NO的生成进行了模拟,并对其结果进行了分析．     

试气测试用燃烧池天然气燃烧数值模拟

天然气试气测试过程中传统燃烧池存在墙体拉裂和熔化的安全隐患,且无法满足长时间的放喷燃烧要求。选择合适的燃烧模型对多个工况下天然气放喷燃烧进行了数值模拟计算,分析了燃烧池的尺寸、入口流量和壁面材料的导热系数等对燃烧池壁面温度、流速分布的影响。结果表明：固定喷管位置时,燃烧池尺寸和入口流速对燃烧池壁面最高温度和温度分布影响较大;导热系数变化对内壁温度变化影响较小,但对高温区分布影响很大。研究结果可供耐火材料的筛选及燃烧池的优化设计参考。     

天然气发动机燃烧和排放数值模拟与试验研究

针对一台燃用天然气的自然吸气汽油发动机,应用CFD三维计算软件CONVERGE建立了燃烧过程和氮氧化物生成的仿真计算模型,模拟了天然气发动机的燃烧和NOx排放物的形成,并对计算结果进行了试验对比和验证.研究结果表明,CONVERGE软件建立的模型能够对燃烧过程和氮氧化物排放量进行较为准确的计算,缸内压力曲线与NOx排放量与试验结果吻合较好.     

液化天然气泄漏扩散数值模拟

针对液化天然气水面泄漏蒸发产生的低温天然气扩散问题,基于Monin-Obukhov相似理论,使用FLUENT软件,模拟Coyote系列实验3、5.计算结果与实验结果、SLAB和DE-GADIS模型模拟结果比较表明,使用FLUENT软件模拟结果更接近实验数值.同时,通过设定FLUENT软件中壁面的热传导速率和液化天然气的蒸发速率,模拟液化天然气在水面和地面泄漏和扩散过程,结果表明,液化天然气水面泄漏扩散时水面最大体积分数高于地面泄漏扩散情况.     

含碳球团直接还原过程的数值模拟

基于质量守恒方程、能量守恒方程及化学反应速度式，建立了描述含碳球团直接还原过程的数学模型，用此模型所做的数值计算结果与试验结果基本吻合。数值模拟结果表明：影响含碳球团还原速率的最重要因素是炉温，含碳球团应在尽可能高的炉温下焙烧；虽然大球的还原速度开始阶段较慢，但焙烧时间足够长时，不论球大小，都可达到高金属化率；只有配碳量足够时才能获得较快的还原速率和较高的还原度。     

300MW燃煤锅炉SNCR过程的数值模拟

利用FLUENT软件对300 MW燃煤锅炉的选择性非催化还原(SNCR)过程进行了模拟.重点分析尿素溶液的喷射位置、液滴喷射速度、雾化平均粒径对SNCR过程脱硝效率以及漏氨量的影响,从而得到实际运行过程中最佳运行条件.结果显示,增加喷射速度能加快蒸发过程;雾化粒径越大越有利于还原剂的平均分布,但也会延长蒸发时间;在第1,2层同时喷射尿素溶液,并控制雾化平均粒径为0.3 mm和液滴喷射速度为30 m/s时,能够获得较好的脱硝效果.将不同氨氮摩尔比模拟结果与实际过程进行对比,结果表明两者能够较好地吻合.     

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究

根据危险性气体空间泄漏扩散的特点,对厂区天然气等危险性轻质气体泄漏扩散运动进行了数值模拟,着重研究了大气风向风速、泄漏射流方向和泄漏时间对危险性轻质气体(天然气)空间泄漏扩散浓度场和危险性区域的影响.其中大气主导风的风速对气体扩散浓度和扩散危险性区域有很大的影响,如等值线图模拟的条件下,在x方向上,风速v=0.5 m.s-1比v=5.0 m.s-1条件下危险性区域大155 m.     

喷水对天然气发动机性能影响的数值模拟

通过数值模拟的方法研究喷水技术对重型天然气发动机燃烧和排放特性的影响.结果表明,喷水对天然气的低温反应阶段无显著影响,但是在高温反应阶段,OH自由基的生成速率被抑制,使得没有足够的氧化剂氧化CO,燃烧持续期延长,反应温度降低.随着喷水质量的增加,火焰传播速度减慢,致使燃料放热速率减缓,燃烧的持续期延长,最高温度降低,相位推迟.喷水位置距离燃烧室越近,水雾蒸发吸热降低燃烧室温度的作用越明显,这有利于增加进气过程的缸内充量密度.此外,喷水可以显著降低发动机的热负荷,抑制燃烧室内氮氧化物的生成,从而为天然气发动机的当量比燃烧提供可能性.     

熔融还原煤气改质的数值模拟

考虑到两步法熔融还原中煤气的显热没有得到充分的利用,对煤气改质进行数值模拟研究.研究结果表明,相同的气体温度和气体流量下,碳消耗量随着填充床的高度增加(或碳基粒度的减少)而增加,水蒸气消耗量随着填充床高度的增加(或碳基粒度的减少)而减少;COREX终还原炉发生煤气改质后氧化度由0.10降至0.065,HIsmelt熔融还原炉炉顶煤气氧化度由0.625降至0.223,煤气的显热得到充分利用.     

基于FLUENT的含硫天然气泄漏数值模拟研究

为了研究天然气输送管道发生泄漏后气体的扩散规律,以长庆油田第五采气厂输送管道为研究对象,利用FLUENT软件进行数值计算。根据现场的实际情况,建立了数值模拟的物理模型,设置合理的边界条件,得到了不同风速下天然气扩散规律。结果表明:在静风条件下,气体的浓度和速度分布基本上呈对称分布。在风力的作用下,气体的浓度场向下风向发生了明显的偏斜,当风速为3 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方50 m处发生偏斜,当风速为5 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方35 m处发生偏斜,当风速为10 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方15 m处发生偏斜,而且随着风速的增大,射流偏离竖直方向角度也增大。同时风速越大,硫化氢对人体有危害的面积越小。     

天然气管网的瞬变流数值模拟研究

研究了天然气管网中的瞬变流动,介绍了采用特征线法求解天然气管网瞬变流的方法,讨论了该方法的物理意义及其计算公式.采用该方法对工程实例进行了模拟与分析.结果表明,特征线法能满足不同瞬变条件下的精度与计算速度要求,对天然气管网的可靠性评价和优化管理提供了理论依据.     

天然气再燃降低NOx排放的实验研究

在煤粉燃烧的20 kW一维热态实验炉上进行了天然气再燃的实验,通过改变主燃料的种类、再燃区过量空气系数、再燃燃料的组成和再燃区温度等实验工况,以分析再燃时各种因素对煤燃烧过程中NOx生成量的影响规律.研究表明:煤粉中的挥发分含量越高,脱氮效率也越高;再燃区天然气的输入比例越高,主燃区燃烧所生成的NOx在再燃区被还原效果也越显著;再燃区温度不宜过高,否则热力型NOx生成量增多,从而降低了脱氮效率;石油气也可以作为再燃燃料,并且在合理工况下,其再燃效果与天然气作为再燃燃料时的再燃效果差不多,但总体上,天然气略优于石油气.