多组分低热值气体在双层多孔介质中的燃烧特性研究

发布时间：2017-09-28 00:08

  本文关键词：多组分低热值气体在双层多孔介质中的燃烧特性研究

  更多相关文章： 双层多孔介质 多组分低热值气体 温度特性 稳燃范围 污染物排放 多孔介质材料特性

【摘要】：多孔介质燃烧技术由于其独特的热量回流机制,具有燃烧速率高、污染排放量低、负荷调节范围广等特点,是清洁利用和处理低热值气体的一种有效途径。本文结合实验和数值模拟对三种典型多组分低热值气体在双层多孔介质中燃烧特性进行研究,研究工作主要包括以下三个部分：(1)试验研究多组分低热值气体在双层多孔介质中的贫燃特性。搭建双层多孔介质燃烧实验系统,试验研究高炉煤气、生物质气化气、垃圾填埋气三种典型低热值气体在贫燃(φ=0.60-0.75)工况下的温度分布特性、稳定燃烧工况范围、以及污染物排放特性。结果表明,随着入口流速的增大,火焰稳定位置向下游移动。在实验当量比范围内,高炉煤气最大稳燃上限为24 cm/s,生物质气化气最大稳燃上限为50 cm/s。垃圾填埋气稳燃范围为14～30 cm/s。低热值气体稳燃极限受其热值与成分的影响。在实验工况范围内,高炉煤气的最大CO排放量达到303 mg/m3,垃圾填埋气的CO排放量均低于15 mg/m3,三种预混气体在双层多孔介质中的NOx排放量均在2.67 mg/m3以下。(2)数值模拟多组分低热值气体在双层多孔介质中的贫燃燃烧。以CFD商业软件FLUENT 6.3为平台,基于实验室搭建的双层多孔介质燃烧器,采用详细化学反应机理和一维双温模型,模拟高炉煤气、生物质气化气、垃圾填埋气在特定工况(φ=0.60, vin=0.20 m/s)下的燃烧。模拟结果表明,模型可以较好反应不同预混气体在多孔介质中的温度分布规律和污染物排放规律。三种低热值气体的反应区位置不同。燃烧反应中,羟基(OH)与氧原子(O)是最为活跃的基团,且可燃气体与羟基反应的速率大于与氧原子反应的速率。NO是燃烧产物中最主要的NOx气体,NO2与N2O含量均很低,质量浓度低于1 mg/Nm3。(3)双层多孔介质材料选择对多组分低热值气体燃烧的影响。基于第3章建立的多孔介质燃烧模型,针对上游层、下游层多孔材料的导热系数和对流换热系数进行变参数分析。模拟结果显示,多孔材料导热系数对预混气体温度特性的影响与反应区位置有关。若预混气体反应区位于燃烧器交界面上游,则改变上游层的导热系数对温度特性影响更大,若反应区位于下游,则改变下游层的导热系数影响更大。所用工况中,改变上游层多孔材料的导热系数对CO排放影响最为明显。三种低热值气体中,高炉煤气的CO排放对上游层导热系数变化最敏感。
【关键词】：双层多孔介质 多组分低热值气体 温度特性 稳燃范围 污染物排放 多孔介质材料特性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ038.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符号表15-17
• 1 绪论17-24
• 1.1 课题背景17-19
• 1.1.1 能源与环境现状17-18
• 1.1.2 低热值气体燃料18-19
• 1.2 多孔介质燃烧技术19-23
• 1.2.1 多孔介质燃烧的特点19-22
• 1.2.2 双层多孔介质结构22-23
• 1.3 本章小结23-24
• 2 双层多孔介质研究现状与本文研究内容24-37
• 2.1 双层多孔介质燃烧特性24-29
• 2.1.1 辐射效率25-27
• 2.1.2 温度特性27
• 2.1.3 稳燃范围27-28
• 2.1.4 污染物排放特性28-29
• 2.2 燃料成分对双层多孔介质燃烧的影响29-32
• 2.2.1 单一稀释气体添加的影响30-32
• 2.2.2 多孔介质合成气燃烧特性32
• 2.3 材料选择对双层多孔介质燃烧的影响32-34
• 2.4 本文主要研究内容34-37
• 3 低热值气体在双层多孔介质中贫燃特性研究37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 实验装置与方法37-40
• 3.2.1 实验装置37-40
• 3.2.2 实验步骤40
• 3.3 实验结果与讨论40-50
• 3.3.1 预实验40-43
• 3.3.2 温度特性43-45
• 3.3.3 稳燃范围45-48
• 3.3.4 污染物排放48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 4 多组分气体多孔介质燃烧数值模拟52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 多孔介质燃烧数学模型52-56
• 4.2.1 简化假设与控制方程53-56
• 4.2.2 边界条件,初始条件及算法56
• 4.3 计算结果与讨论56-64
• 4.3.1 温度特性56-58
• 4.3.2 组分分布58-60
• 4.3.3 化学动力学特性60-62
• 4.3.4 CO与NO_x排放62-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 双层多孔介质燃烧器材料参数选择的影响66-74
• 5.1 引言66
• 5.2 计算工况66-67
• 5.3 计算结果与讨论67-72
• 5.3.1 双层多孔介质材料选择对温度特性的影响67-70
• 5.3.2 双层多孔介质材料选择对污染物排放的影响70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 6 全文总结74-77
• 6.1 主要结论74-75
• 6.2 本文主要创新点75
• 6.3 未来工作展望75-77
• 参考文献77-84
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果84

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本文编号：932669