循环流化床富氧燃烧技术研究进展

富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)技术作为燃烧中CO₂捕集技术,在技术适用性和经济性上具有较强的优势。循环流化床富氧燃烧技术(Oxy-CFBC)兼顾富氧燃烧和循环流化床燃烧的优点,燃料适应性广,烟气中CO₂富集程度高,易于低成本实现CO₂的捕集。本文梳理了近十五年国内外学者对Oxy-CFBC技术的研究成果,从Oxy-CFBC装置、流化特性、燃烧特性、污染物生成与控制、燃料、富氧燃烧电站系统优化、新一代循环流化床富氧燃烧技术以及国内外专利情况等方面进行了总结和分析,最后对Oxy-CFBC在中国未来发展趋势进行展望。     

煤粉炉内弥散介质辐射传热的综合模拟

本文基于辐射传热计算的DT法和颗粒运动计算的随机轨道法,并结合单颗粒的辐射特性模型,构造了能够详细考虑颗粒燃尽、湍流弥散诸因素对炉内空间局部辐射特性及总体辐射传热影响的弥散介质辐射传热计算模型,并将其耦合到炉内过程的总体数值模型中。采用该程序,比较计算了几种颗粒辐射特性模型对某300MW锅炉炉内温度场的预报结果,结果表明：通常采用的均匀颗粒辐射特性模型会导致温度场的极大误差;由于炉内颗粒浓度的不均匀分布,炉内的温度分布呈现高度非均匀状态,在炉膛轴线上有大面积的高温烟气区存在;考虑残炭存在时,温度分布的不均匀性更显著．     

3MW_(th)富氧燃烧煤粉锅炉的数值模拟研究

以国内首台3 MW_(th)富氧燃烧煤粉锅炉为研究对象,借助CFD软件对煤粉空气燃烧和富氧燃烧工况进行数值模拟研究。通过与实验结果对比发现,模拟得到的炉膛温度分布、换热量以及出口组分与实验测量结果吻合,这表明本文使用改进的辐射特性模型以及4步化学反应机理能够很好地预测炉内温度、传热以及烟气组分分布。通过模拟研究,对比分析了空气燃烧与富氧燃烧的炉内特性。研究结果表明:富氧燃烧时,CO_2的显著增加使得燃烧器区域出现高浓度CO;富氧燃烧的整体温度分布与空气燃烧相似,但峰值温度有较大的降低;炉内辐射传热较空气燃烧略有下降。     

层燃炉中生物质燃烧辐射传热特性的研究

对生物质在链条炉中的燃烧辐射传热特性进行数值模拟研究,并与烟煤的燃烧辐射传热特性进行对比。结果表明:与烟煤相比较,生物质燃烧温度较低,最高温度约为2000 K,烟煤的最高温度约为2200 K,生物质温度分布比较均匀;生物质的辐射热流密度低于烟煤,生物质辐射热流密度为120～320 kW/m²,烟煤辐射热流密度为150～440 kW/m²,生物质和烟煤的的辐射传热系数比较接近,在120～240 W·m^-2·K^-1之间。烟煤的玻尔兹曼特征数大于生物质。     

甲烷/富氧扩散火焰燃烧区域的分层特性研究

本文对甲烷／富氧扩散火焰燃烧区域的分层特性进行了数值模拟和实验研究,结果表明氧化剂中氧浓度的增加加剧了火焰的分层现象(黄焰层与蓝焰层),使蓝色火焰变厚,并且使NOx生成大量增加;火焰面上的速度梯度主要影响黄色火焰厚度,蓝色火焰随着速度梯度的增加而减小, NOx生成也随之较少。对比温度及火焰结构还表明,研究中所采用的数值模拟方法可以正确地预测对向流扩散火焰特性。     

煤粉炉内辐射图象处理和燃烧过程数值模拟相结合初探

1引言大型电站锅炉炉膛内的燃烧过程是发生在相对较大空间内的、不断脉动的、具有强烈三维特征的复杂物理和化学过程。因为实际炉膛尺寸太大,以至于还没有建立适用的可视化技术手段[1],只能对其缩小了的模型在实验室进行研究[2.3]。作者在炉膛煤粉燃烧二维温度分布检测研究[4]的基础上,提出了以多幅辐射图像处理为基础的三维温度分布检测方法[5]。本文将建立较为严密的辐射图象信息同炉内燃烧过程的关系式,并借助燃烧过程数值模拟技术来估计炉内燃烧介质辐射特性参数非均匀分布,改进以辐射图象处理为基础的炉内三维燃烧温度分布检测方…     

水套炉内火筒传热数值模拟

本文利用数值方法模拟了新型高效水套炉火筒内天然气燃烧过程,分析了火筒内温度场的分布规律和火筒内外壁温度的变化情况,以及火筒负荷特性随燃料用量的变化规律.分析表明,新型高效水套炉设计过程中可以适当增加火筒段的热负荷强度,以减小金属耗量,但火筒热负荷强度不宜超过96kW/m2;燃烧火焰主要集中在火筒中后部,火筒壳体烟气出口周围温度相对较高,属于压力薄弱环节容易烧穿,应采取加固措施.     

富氧燃烧气氛下无机元素的迁移转化规律

采用热力学平衡计算方法对小龙潭高钙飞灰在燃后区低温烟气下无机元素的迁移转化规律进行了研究。在常压下,常温~1000C范围内,重点分析了烟气中CO_2浓度和SO_2对飞灰中无机元素迁移转化规律的影响。结果表明,在低温烟气区,Ca、Mg组分易发生碳酸化反应。CO_2浓度会影响碳酸化反应的进行,而SO_2的存在会极大地促进硫酸盐的生成,从而抑制碳酸化反应。     

富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性

本文利用平面火焰携带流反应器研究了DT烟煤在富氧燃烧条件下的燃烧实验。采用灰示踪法分析煤焦的燃尽和元素释放特性,并采用等密度模型计算了基于氧化反应C+0.5O_2→CO的表观反应动力学参数。研究结果表明;煤粉在富氧燃烧条件下的燃尽慢于空气燃烧;富氧燃烧条件下,煤焦与CO_2的气化反应会导致煤焦表面对O的化学吸附,进而导致氧元素释放速率减慢;高氧浓度条件下,高浓度CO_2对煤焦燃尽的抑制作用大于CO_2气化反应对煤焦燃尽的促进作用,降低环境氧浓度可以逐步提高CO_2气化反应对煤焦燃尽的贡献。     

富氧燃烧烟气喷淋脱水过程数值模拟

富氧燃烧系统中,脱硫后的高湿烟气需要经过脱水处理才能作为循环烟气利用,喷淋塔是一种常用的脱水设备。本文用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对喷淋塔的烟气脱水过程进行了三维建模模拟,得到了喷淋塔内的温湿度分布并用实验结果进行了验证。通过该模型分析了喷嘴的操作参数和运行特性对液滴平均运动时间和脱水效果的具体影响,讨论了数值模拟中出口烟气"过饱和"现象的成因,研究了不凝气组分对脱水过程的影响,为富氧燃烧脱水系统的设计提供了基础数据和理论方法。     

煤燃烧中飞灰的光学特性和辐射传热

利用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ红外光谱仪，对三种具有与锅炉煤粉飞灰组成相似的合成灰（即纯氧化物的混合物）的辐射特性进行了测量（ＫＢｒ压片方法）；同时，利用对不同细度粒子所测得的吸数指数，计算了其间充满了弥散灰粒子的平行平板间的辐射传热。结果表明：用透射光谱来确定吸收指数的传统方法，对颗粒的细度十分敏感，往往会造成不可接受的误差；另外，发现合成灰的吸数指数较之所对应的熔渣要高得多，这对美国Ｓｔａｎｆｏｒｄ大学试图用熔渣的光学参数来代替飞灰参数的想法提出了质疑。     

循环倍率对冷风机场协同数以及制冷系统的影响

根据场协同原理,可通过改变制冷剂循环倍率,来改变冷风机场协同数,从而提高换热效率。通过试验数据计算得出,当蒸发温度为-30℃,实验中的制冷剂循环倍率从2.5增大到5.0时,换热器的场协同数逐渐升高到趋于基本恒定。所测的降温速度、计算的COP均在场协同数达到拐点时最佳。     

蒸发风机位置和循环倍率对制冷系统的影响

根据场协同原理,可通过改变制冷剂循环倍率、蒸发风机距离蒸发器的位置,来改变场协同数,提高换热效率。通过实验得出,当蒸发器进液温度为-30℃,实验中的制冷剂循环倍率从4.0增大到4.7,风机位置从21cm到36cm,换热器的场协同数存在极大值0.9。所测的降温速度、计算的COP均在场协同数达到极大值时最佳,系统达到最优。     

非规则形状介质内辐射-导热耦合传热的间断有限元求解

采用间断有限元法(discontinuous finite element method,DFEM)求解非规则形状介质内的辐射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热问题的高精度数值结果.和传统连续型有限元方法不同,DFEM将计算区域划分成相互独立的离散单元,形函数的构造、未知量的加权近似以及控制方程的求解均在每一个离散单元上进行.通过在单元之间施加迎风格式的数值通量,DFEM保证了整个计算区域的连续性,因此这种方法兼具良好的几何灵活性和局部守恒性.推导了辐射传输方程和能量扩散方程的射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热的高精度数值结果.     

蒸发风机位置和循环倍率对制冷系统的影响北大核心

根据场协同原理,可通过改变制冷剂循环倍率、蒸发风机距离蒸发器的位置,来改变场协同数,提高换热效率。通过实验得出,当蒸发器进液温度为-30℃,实验中的制冷剂循环倍率从4.0增大到4.7,风机位置从21cm到36cm,换热器的场协同数存在极大值0.9。所测的降温速度、计算的COP均在场协同数达到极大值时最佳,系统达到最优。     

燃烧室出口辐射对气膜冷却传热影响研究

燃气轮机高温透平中包含对流/导热/辐射等复杂传热现象。本文依托高温流热固耦合实验台,提出燃烧室与透平联合计算的方法,采用数值模拟和实验对比的方式分析了平板气膜冷却的对流/导热/辐射传热特性。同时研究了不同燃气吸收系数以及不同进口辐射条件对于平板气膜冷却的表面温度分布的影响。结果表明:辐射传热是燃气轮机首级高温叶片传热特性的重要影响因素,辐射传热使得实验平板温度抬升50～70 K,燃烧室/透平联合计算方法有效地分析了燃烧室出口辐射强度对高温平板气膜冷却辐射传热的影响;高温燃气辐射特性对于平板温度分布具有明显影响。     

三维煤粉燃烧全双流体模型的数值模拟

1引言目前煤粉燃烧综合模型最为广泛的是以轨道模型为基础，美国杨伯翰大学的先进燃烧工程中心（CERC）自1980年起研制二维煤粉燃烧程序PCGC－2，从1990年起研制三维煤粉燃烧的PCGC－3程序[1]。与轨道模型发展的同时，美国Rabcock＆Wilcox公司Fiveland[2]等人研制了FURMO程序，用无滑移模型对560MW侧墙喷燃煤粉炉进行了三维全模拟。其特点是首次用全欧拉的处理方法计算三维煤粉燃烧过程，其不足之处是不考虑气粒两相间的速度滑移和温度滑移．总的看来，用轨道模型模拟煤粉燃烧，易于考虑颗粒反应经历，也可给出两相之间的速度及温…     

3MW_(th)富氧燃烧气体污染物生成与排放特性研究

本文在3 MW_(th)富氧煤粉燃烧实验台,对空气燃烧,不同循环倍率的循环燃烧工况下,进行燃烧实验,研究富氧燃烧过程中气体污染物的排放特性。实验结果表明:在3 MW_(th)富氧燃烧实验台上,富氧燃烧过程中CO_2浓度可以达到80%以上,同时能保证很高的煤粉燃尽率;与空气工况相比,富氧燃烧工况下,烟气中NO_x的浓度上升了56%~167%,排放量降低了46%~69%;同时燃烧气氛的变化对煤中硫向SO_2的转化率影响很小;双碱法湿法脱硫能在富氧燃烧条件下稳定运行,脱硫效率能达到95%以上。