二次风旋流强度对燃烧器回流场影响的数值模拟

旋流燃烧器因为能够形成较大的中心回流区,卷吸高温烟气,促进煤粉的着火和稳燃,在工程上得到了广泛的应用。本文采用Real—izable k-ε模型研究了二次旋流风的旋流强度对煤粉燃烧器回流场的影响,分析了不同旋流强度回流区的分布,形状及其大小的影响,为燃烧器设计提供理论依据。     

四通道燃烧器冷态流场优化的PIV测量

利用粒子成像测速仪PIV对水泥生产中回转窑冷态模型内四通道燃烧器出口附近的流场进行测量,考察不同的轴流风、旋流风、煤风和中心风之间的比例关系对流场的影响作用,分析了四种不同工况下的燃烧器出口的流场特性．结果表明轴流风和旋流风速度对燃烧器形成的射流场影响最显著．其中轴流风促进内部回流区的形成,旋流风减弱内回流区的形成,但能够加强流体和煤粉的充分混合,避免煤粉燃烧时局部高温区的形成．因此适当增加轴流风量和旋流风量可以起到降低烟气中的NOx含量的作用．     

新型等离子体点火燃烧筒研究

以装有150kW等离子体发生器的某等离子体点火试验燃烧器为例,应用数值模拟的方法对等离子体点火燃烧器的稳燃性能进行了研究,并提出了一种新型的径向/切向进风等离子体点火燃烧筒.研究结果表明,一次风速(风粉气流流速)、等离子体气流的穿透区域和煤粉浓度等是影响等离子体点火过程及煤粉着火燃烧的主要因素.径向/切向进风可以在燃烧筒内形成多向回流和旋流,使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度,而且还有径向和切向速度,改变了轴向进风气流运动的单一性,增加了煤粉气流在筒内的停留时间,着火区域扩大,火焰充满度好,有利于燃烧筒内的稳燃.     

煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧NO排放影响的研究

为研制低污染旋流煤粉燃烧器,研究了煤粉浓缩器中旋流煤粉燃烧时NO的排放情况.用相位多普勒测速仪对在浓缩器中加入或不加入物料时的冷态两相流动速度,湍动能以及颗粒浓度进行了实验研究.用生成NO的统一二阶矩代数模型、HCN释放的简化Solomon模型和煤粉燃烧的全双流体模型,就浓缩器对旋流煤粉燃烧器NO生成的影响进行了数值模拟,给出了湍流动能、煤粉浓度、温度和NO浓度分布.冷态实验结果和数值模拟结果符合较好,两者都表明,煤粉浓缩器增大了回流区内煤粉浓度.热态模拟结果表明,煤粉浓缩器降低了NO生成.     

低NOx旋流煤粉燃烧器气固两相流模拟

为提高旋流煤粉燃烧器稳燃与燃尽性能,降低NO_x排放。通过数值模拟方法研究了在中心风速4～9 m/s,内二次风速5～16 m/s,外二次风速8～20 m/s,外二次风叶片角度30°～75°时,DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器射流的气固两相流流动特性。结果表明:两侧回流区随着内二次风速增加而向中心靠拢,其长度随着中心风速的增加而缩短。内、外二次风在一定程度上影响一次风的刚度以及回流区的范围和方向。外二次风叶片开度,与相邻两叶片之间中心区域的径向速度和出口流场轴向速度之间存在一定规律。     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用k ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型 ,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算。计算结果表明 ,在强旋流条件下 ,回流区尺寸随旋流数增加而增大 ,受风压和热负荷影响较小。可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度 ,调节燃烧负荷来适应加热要求 ,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性     

工业锅炉炉内空气动力特性的PIV分析

工业锅炉炉内空气动力特性的研究对保证工业锅炉的正常工作具有重要的意义。利用粒子图像测速(PIV)技术研究旋流燃烧器一次风、二次风不同扩口角度和二次风旋流强度对炉内空气动力场的影响,结果表明,一次风扩口角度的增加使中心回流区由大变小,二次风扩口角度和旋流强度的增加均使中心回流区增大;射流边界随着一次风扩口角度的增加而减小,随二次风扩口角度和二次风旋流强度的增加而增加。研究结果可为工业锅炉和燃烧器的设计、改造和运行提供借鉴。     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用kε湍流模型,三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算,计算结果表明,在强旋流条件下,回流区尺寸随旋流数增加而增大,受风压和热负荷影响较小,可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度,调节燃烧负荷来适应加热要求,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性。     

浓淡型双调风旋流燃烧器的空气动力特性研究

利用冷态等温模化技术对浓淡型双调风旋流燃烧器的空气动力特性进行了模拟实验．实验中分别改变二、三次风的旋流强度,以考察各射流的调节特性对燃烧器的空气动力场的影响．实验表明,该燃烧器采用分级送风技术,在燃烧器出口主要是三次风与二次风的混合,三次风的旋流强度是影响燃烧器空气动力场的主要因素．     

旋流煤粉燃烧第四类稳燃技术

将国内外旋流燃烧器现有的稳燃措施根据其稳燃原理分为3类.分类分析现有稳燃措施不能适应低挥发分煤稳燃的原因和存在的问题,分析得出:扩口、扩流锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等稳燃措施都没有考虑煤粉气流进入炉膛后与高温烟气迅速混合问题.在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,与二次风混合过早,而并不迅速与热烟气混合;煤粉气流与高温烟气的混合动力为二者之间的横向湍流脉动,混合强度弱.因此,对于低挥发分煤不能起到良好的稳燃作用.提出了第4类稳燃技术花瓣稳燃器,该技术充分考虑了煤粉气流与高温烟气间的掺混速度和前期掺混强度.花瓣稳燃器能够在其背流面形成轴向和径向多种回流区,使得煤粉颗粒与高温烟气间的混合动力除横向湍流脉动外还有宏观对流混合,加大了二者之间的热质交换强度.     

分解窑混煤富氧燃烧研究

以2 500 t/d带四通道煤粉燃烧器的水泥分解窑为研究对象,通过理论分析和数值仿真方法,对分解窑内混煤富氧燃烧特性和燃烧规律进行研究,并通过实验验证仿真计算结果的可靠性。研究结果表明:随着燃烧器一次风O_2摩尔分数增加,煤粉着火温度逐渐降低,燃烧温度、窑内传热速率逐渐增加;应用富氧燃烧技术能显著改善分解窑混煤燃烧特性,大幅提高无烟煤掺混比;与一般空气助燃相比,当一次风O_2摩尔分数提高到27%时,火焰平均温度提高97 K,焦炭燃尽率提高5.09%,在此O_2摩尔分数下,无烟煤掺比增至60%时,混煤仍能高效稳定燃烧,火焰温度和形状仍能满足熟料煅烧要求。     

低热值煤层气燃烧器数值模拟及结构优化

对一种低热值煤层气燃烧器结构进行全尺寸的数值模拟优化,研究了该燃烧器在燃烧甲烷体积浓度为30%的煤层气时通入了不同比例的旋流风和直流风对流场。温度场和浓度场所产生的影响。得到最佳的直流风与旋流风的组合比例。在此基础上进一步对燃气管中导流叶片的数目与倾角进行优化。结果表明:直流风率为80%,旋流风率为20%时,在具有很好的射流刚性的同时,也具有较大的旋转动量,能产生较大的逆向轴向速度梯度,中心回流区逆向速度大,燃烧温度高,高温区域分布广,燃烧效率高。导流叶片的数量为6,倾角为60°时,甲烷质量分数下降快,燃烧区域出口甲烷质量分数低,燃烧效率高。     

双回流燃烧器稳燃机理分析

从煤粉着火、稳燃的理论和试验方面分析了双回流燃烧器对煤粉提前着火和稳定燃烧所起的作用，介绍了双回流燃烧器实验室研究结果和工业应用结果。     

电站锅炉中煤粉燃烧的数值模拟与操作参数的优化

模拟了四角切圆锅炉中煤粉的燃烧过程 ,考虑了三种不同工况 .其一是改变二次风的分配方式 (包括正宝塔、腰鼓以及均等配风 ) ;其二是在水冷壁敷设卫燃带 ;最后是改变燃烧器的上下角度与燃烧器的排列顺序 .计算结果表明 :1#、3#角煤粉的着火距离较 2 #、4 #角长 ,这一结论与生产实践中所观察到的现象一致 ;与均等配风相比较 ,正宝塔与腰鼓配风有利于煤粉的着火 ,但不利于提高屏入口处的烟气温度 ;炉膛内敷设卫燃带显著提高烟气的温度 .     

煤粉予燃室锅炉的试验研究

煤粉予燃室是一种新型的煤粉燃烧方式。北京锅炉厂制造的SHF—20(?)13型锅炉在采用煤粉予燃室后,锅炉炉膛体积热负荷高达240×10~3[大卡/米~3时],锅炉外形尺寸大为缩小,约可节省钢材35％。 煤粉予燃室经过改进,采用了Ⅱ、Ⅲ型予燃筒,35°平面叶片旋流器并加装风粉均匀板,在燃烧灰熔点高的烟煤时,已可连续运行15天以上。试验研究说明煤粉予燃室是可能很有前途的。     

直流煤粉燃烧器二次风和一次风气流动量特性分析

直流煤粉燃烧器切向燃烧方式已在国内外得到广泛采用.但运行中的一个突出问题是燃烧气流偏斜,冲撞水冷壁而引起结渣,这将直接危及锅炉的安全经济运行.造成燃烧气流流动方向偏斜的一个重要因素是整组燃烧器二、一次风气流的动量比值.经过理论推导得到,直流煤分燃烧器二、一次风气流动量比的数值完全决定于燃烧器出口二、一次风速及风比的选择.通过大量计算和统计找出了二、一次风气流动量比与燃煤可燃基挥发分V~r间的近似关系.随着V~r的增加,动量比减小.根据理论和试验资料证实,降低二次风气流与一次风气流的动量比(I_(2k)/I_(1k)),是改善气流偏斜,减少或消除结渣的重要条件之一.因而对于角置直流煤粉燃烧器的设计和运行来说,在燃烧经济性允许的条件下,选用可能低的动量比(I_(2k)/I_(1k))是合理的.     

稳燃腔燃烧器的内回流和煤粉浓缩使燃烧稳定

一种新型的稳燃腔煤粉燃烧器已在65—410T／H锅炉中成功地应用,适用的煤种包括烟煤、贫煤和无烟煤,节油、节煤和调峰的效果显．这种燃烧器使火焰稳定和燃烧强化的理论基于以下两个方面：一是燃烧器出口气流有一个良好的空气动力结构,回流区的长度、宽度和回流率大幅度增长;二是改善了颗粒的浓缩特性,不仅在回流边界上聚集较浓的煤粉,而且回流区内有反向的煤粉流,粒径较小,有利于火焰稳定。     

低NOx旋流燃烧器燃烧特性数值模拟

为分析DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器的燃烧性能与NO_x释放特性,通过数值模拟的方法研究燃烧室内燃料粒子的射流轨迹、温度分布、速度分布及各组分分布之间的规律。结果表明:温度分布表现为中央高两边低,氧量分布与温度分布规律相反,一次风喷口处温度分布、氧量分布与回流区的形状、大小以及煤粉颗粒密度密切相关。出口流域CO_2整体上沿中轴线呈对称分布,即中央高两边低,其变化趋势与氧量分布规律相反,与温度分布规律相近。喷口处CO含量极高,浓厚的还原性氛围对削减NO_x排放具有积极作用,在一次风喷口处煤粉形成外浓内淡的分布形态以及"三高一低"区,强化加热、析出挥发分、着火以及高温火焰内的NO_x还原,降低NO_x排放,提升稳燃能力。气流呈风包粉结构,可防范水冷壁结焦与高温腐蚀现象。     

面向深度调峰的超临界煤粉锅炉变负荷燃烧三维数值模拟

为解决低负荷运行时燃煤锅炉稳燃性下降和NO_x排放增加的问题,对一台660 MW超临界旋流对冲锅炉在低负荷(20%～60%额定负荷)下不同运行工况进行了三维数值模拟,并研究了低负荷下多种操作参数对锅炉稳燃性和污染物排放的影响.计算与分析结果表明:30%额定负荷运行时投运下层燃烧器,且一次风率为0.2、煤粉粒径为50μm时,NO_x排放最少;当负荷进一步降低时锅炉稳燃性迅速下降,同时NO_x排放量迅速增加;调整燃烧器运行方式、一次风率和煤粉粒径可以有效改善锅炉低负荷燃烧状况.在负荷低于30%额定负荷的深度调峰运行时,采用2台磨煤机、下层燃烧器运行,并适当降低一次风率和煤粉粒径可以提高燃煤锅炉的低负荷运行能力.     

同轴旋流低NOx燃烧器空气动力场中一次风转捩长度

运用CCD摄像机对同轴旋转分层流低N0x燃烧器出口空气动力特性进行了可视化研究，对采集的图像进行了一系列处理。提出了一次风边界转捩长度的概念，并对其进行了定义，进而分析了一次风边界转捩长度的影响因素及其变化规律。研究结果表明：一次风转捩长度是一、二次风旋流强度和一、二次风风量比共同作用的结果，其大小范围取决于两者的配置；只有当两者处于合理配置时，燃烧器才能处于较好的燃烧工况。该研究结果为同轴旋转分层流燃烧器分层机理的研究打下了基础。