压力条件下气体火焰燃烧特性的热流量法测量及机理研究
发布时间：2021-12-23 01:18
在化石燃料的气化利用过程中,由于原料的不同及气化方式的差异,气体燃料的组成存在着很宽的变化范围,如煤和生物质气化气的主要成分为氢气和一氧化碳,甲烷还包含氮气和二氧化碳等稀释气体。燃气组成的不确定性对燃烧室设备稳定运行和高效清洁燃烧提出了更高的要求。同时,发展多种高效燃烧方式如富氧燃烧结合CO2捕集与排放技术,燃气轮机贫预混稀薄燃烧技术对降低碳排放,控制污染物生成具有重要意义。化石燃料气化气还可以进一步合成为各种清洁替代能源,这其中,发展醇醚类含氧燃料和氨气无碳燃料对海陆空运输及电力生产具有重要意义。实际的工业燃烧设备包括燃气轮机,内燃机和增压锅炉等多为高温高压的燃烧环境。涉及到燃烧稳定性的燃料组分的变化,回火,熄火,自点火现象和高压下的可燃极限与预混火焰的固有参数层流火焰速度密切相关。为了进一步增加对不同燃料燃烧特性的了解,开展高压下实验室尺度的基础层流燃烧特性研究可以为机理发展和燃烧器设计提供实验基础。同时测量污染物的排放特性有利于选择合适的操作区间,对新型替代燃料在工业燃烧设备中的应用提供理论指导。本文搭建了高压层流燃烧试验台,结合光学测量方法,烟气测量方法和...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：223 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
R0110燃机DLN燃烧室结构示意图[1]
?收。它具有以下技术特点：增加热效率，在富氧燃烧系统中，O2/CO2燃烧方式通过循环烟气调节燃烧温度，同时又代替了空气中的氮气携带热量以保持锅炉的热效率；改善整体污染物排放，减少氮气参与从而减少热力型氮氧化物的排放，提高燃烧效率降低一氧化碳和未燃碳氢化合物的排放，结合CCS减少二氧化碳的排放；增加辐射换热，由于二氧化碳的强辐射换热系数；改善火焰稳定性，氧量提高；提高火焰温度，空气中燃烧的绝热火焰温度一般1950℃，纯氧燃烧的绝热火焰温度可达2800℃；锅炉不需要另外改造，微富氧燃烧可直接利用。图1.2O2/CO2混合富氧燃烧技术原理图[7]。许多研究[8,9]报道了在O2/CO2氛围下，煤粉燃烧效率提高，火焰速度相比降低，氮氧化物排放降低。Molina等人[10,11]采用层流反应器报道了单颗粒煤在不同气氛下的挥发分析出及点火过程，结果表明O2/CO2氛围下比O2/N2氛围下的点火延迟时间有所增加，挥发分析出率降低，主要是因为的CO2的高比热和挥发分在O2/CO2氛围下扩散速率较低；但对挥发分完全燃烧的时间没有明显影响并且30%体积分数的O2在O2/CO2中的点火延迟与挥发分析出与空气中的过程类似。天然气的主要成分是甲烷，研究天然气在高压调节的富氧燃烧特性诸如点火延迟时间，氧化反应速率和层流、湍流火焰速度，对实现大规模工业利用具有指导意义。Liu等人[12]发现用CO2替代N2降低了甲烷层流火焰速度。Mazas等人[13]研究了甲烷富氧燃烧中水蒸汽注入导致火焰速度降低，在CH4/O2/N2/H2O氛围中降低比CH4/O2/CO2/H2O降低更明显，这是由于相同火焰速度的O2含量在
浙江大学博士学位论文绪论7图1.32018-2050年国际海事组织模拟的海运能源使用趋势[22]。氨气作为清洁替代燃料得到了欧洲，美国，日本和澳大利亚等国家的广泛重视[23,24]，这是由于氨的热物性与丙烷非常相似，常压下的沸点-33.4℃和常温下的冷凝压力9.9atm使得它成为一种非常有前景的氢能载体，尤其是与氢气相比时，具有更低的运输和储存成本。除了广泛的利用氨作为大型电站锅炉中选择性非催化还原（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）去除热力型氮氧化物的添加剂，直接燃烧氨作为化石燃料的替代品在内燃机，工业锅炉和燃气轮中也引起了足够的兴趣。表1.1氨和碳氢燃料热物性的对比，数据来自NIST[25]和文献[23]。氨气在工业燃烧器应用方面的研究，以燃气轮机，内燃机为主，Mrch等人[26]研究了氨气/氢气在火花点火发动机中的应用，结果表明过量空气系数1.1~1.4的工况下，氢气含量越高，燃烧产生的氮氧化物排量越大。此外，他们发现在火焰后区的NO分解反应可以降低NO的排放达到汽油燃烧相当的水平。因此氨气/氢气可以作为一种十分有潜质的发动机替代燃料。Reita等人[27,28]在四缸涡轮增压柴油机上探究了氨气/柴油混合燃烧的效率和排放特性，氨气可以在提供95%的总能量的同时保证发动机稳定运行，并且氮氧化物的排放水平很低。结果表明，在氨气/柴油能量比例达到40%~60%时，发动机的效率达到最大值。当氨的能量比例低于40%时，双燃料的NO排量低于柴油本身的NO排量，这是由于氨气降低了热力型NO的生成；而当氨的能量比例高于60%时，双燃料的NO排量高于
【参考文献】：
期刊论文
[1]重型燃机干低NOx燃烧室设计中的关键问题[J]. 谢刚,艾松,陶健,赵世全,杨勇,冯珍珍. 东方电气评论. 2014(02)
[2]O2/CO2混合富氧燃烧技术探讨[J]. 蔡灿稳,金晶,路遥,何丹丹. 能源研究与信息. 2011(02)
[3]R0110重型燃气轮机燃烧室污染排放性能研究[J]. 谢刚,祁海鹰,李宇红,冯冲,陈晓丽. 中国电机工程学报. 2010(20)
本文编号：3547487
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：223 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
R0110燃机DLN燃烧室结构示意图[1]
?收。它具有以下技术特点：增加热效率，在富氧燃烧系统中，O2/CO2燃烧方式通过循环烟气调节燃烧温度，同时又代替了空气中的氮气携带热量以保持锅炉的热效率；改善整体污染物排放，减少氮气参与从而减少热力型氮氧化物的排放，提高燃烧效率降低一氧化碳和未燃碳氢化合物的排放，结合CCS减少二氧化碳的排放；增加辐射换热，由于二氧化碳的强辐射换热系数；改善火焰稳定性，氧量提高；提高火焰温度，空气中燃烧的绝热火焰温度一般1950℃，纯氧燃烧的绝热火焰温度可达2800℃；锅炉不需要另外改造，微富氧燃烧可直接利用。图1.2O2/CO2混合富氧燃烧技术原理图[7]。许多研究[8,9]报道了在O2/CO2氛围下，煤粉燃烧效率提高，火焰速度相比降低，氮氧化物排放降低。Molina等人[10,11]采用层流反应器报道了单颗粒煤在不同气氛下的挥发分析出及点火过程，结果表明O2/CO2氛围下比O2/N2氛围下的点火延迟时间有所增加，挥发分析出率降低，主要是因为的CO2的高比热和挥发分在O2/CO2氛围下扩散速率较低；但对挥发分完全燃烧的时间没有明显影响并且30%体积分数的O2在O2/CO2中的点火延迟与挥发分析出与空气中的过程类似。天然气的主要成分是甲烷，研究天然气在高压调节的富氧燃烧特性诸如点火延迟时间，氧化反应速率和层流、湍流火焰速度，对实现大规模工业利用具有指导意义。Liu等人[12]发现用CO2替代N2降低了甲烷层流火焰速度。Mazas等人[13]研究了甲烷富氧燃烧中水蒸汽注入导致火焰速度降低，在CH4/O2/N2/H2O氛围中降低比CH4/O2/CO2/H2O降低更明显，这是由于相同火焰速度的O2含量在
浙江大学博士学位论文绪论7图1.32018-2050年国际海事组织模拟的海运能源使用趋势[22]。氨气作为清洁替代燃料得到了欧洲，美国，日本和澳大利亚等国家的广泛重视[23,24]，这是由于氨的热物性与丙烷非常相似，常压下的沸点-33.4℃和常温下的冷凝压力9.9atm使得它成为一种非常有前景的氢能载体，尤其是与氢气相比时，具有更低的运输和储存成本。除了广泛的利用氨作为大型电站锅炉中选择性非催化还原（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）去除热力型氮氧化物的添加剂，直接燃烧氨作为化石燃料的替代品在内燃机，工业锅炉和燃气轮中也引起了足够的兴趣。表1.1氨和碳氢燃料热物性的对比，数据来自NIST[25]和文献[23]。氨气在工业燃烧器应用方面的研究，以燃气轮机，内燃机为主，Mrch等人[26]研究了氨气/氢气在火花点火发动机中的应用，结果表明过量空气系数1.1~1.4的工况下，氢气含量越高，燃烧产生的氮氧化物排量越大。此外，他们发现在火焰后区的NO分解反应可以降低NO的排放达到汽油燃烧相当的水平。因此氨气/氢气可以作为一种十分有潜质的发动机替代燃料。Reita等人[27,28]在四缸涡轮增压柴油机上探究了氨气/柴油混合燃烧的效率和排放特性，氨气可以在提供95%的总能量的同时保证发动机稳定运行，并且氮氧化物的排放水平很低。结果表明，在氨气/柴油能量比例达到40%~60%时，发动机的效率达到最大值。当氨的能量比例低于40%时，双燃料的NO排量低于柴油本身的NO排量，这是由于氨气降低了热力型NO的生成；而当氨的能量比例高于60%时，双燃料的NO排量高于
【参考文献】：
期刊论文
[1]重型燃机干低NOx燃烧室设计中的关键问题[J]. 谢刚,艾松,陶健,赵世全,杨勇,冯珍珍. 东方电气评论. 2014(02)
[2]O2/CO2混合富氧燃烧技术探讨[J]. 蔡灿稳,金晶,路遥,何丹丹. 能源研究与信息. 2011(02)
[3]R0110重型燃气轮机燃烧室污染排放性能研究[J]. 谢刚,祁海鹰,李宇红,冯冲,陈晓丽. 中国电机工程学报. 2010(20)
本文编号：3547487
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