过量空气系数对乙烯燃烧特性及碳烟生成的影响

发布时间：2022-01-14 16:57

　　中国正处于能源结构的调整阶段,强调低碳发展的理念。燃料燃烧产生的碳烟污染物的危害越来越受到人们的重视,碳烟的生成机理与其防治成为了目前的研究热点。基于FLUENT数值模拟,采用简化CHEMKIN化学反应动力学机理,控制燃料入口流量一定,单一改变氧化剂流量来调节过量空气系数,对乙烯在空气氛围下、过量空气系数为0. 6～1. 4的不同工况下的燃烧火焰及碳烟的生成进行了模拟。研究分析了过量空气系数的变化对乙烯燃烧火焰形状、温度分布、碳烟生成浓度的影响。并从碳烟生成机理的角度确定了碳烟生成的变化规律。提出了过量空气系数在控制碳烟排放中的合适范围,为控制碳烟的排放提供了一定建议。 

【文章来源】：工业加热. 2020,49(07)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

碳烟排放浓度变化

实验燃烧器为伴流燃烧器，其出口主要由燃料管和氧化剂管组成。燃料从燃料管口流出，氧化剂从两管组成的同心圆环中间的区域流出。两股气体同向流动，发生燃烧反应，形成层流扩散火焰。燃烧器的尺寸见表1所示，其喷口处简化结构如图1(a)所示。为了模拟燃烧器出口处的燃烧反应情况，建立了250 mm×100 mm的计算区域，如图1(b)所示，接下来进行了网格的划分，靠近进口和轴线处的区域是反应的主要区域，采用加密网格，靠近壁面和出口处反应较为平缓，采用稀疏网格，总共生成网格数14 650个，网格面29 577个，节点14 928个，如图1(c)所示。1.2 选择控制方程

对不同过量空气系数α的工况进行模拟，温度云图的对比如图2所示。分析图2可知，α<1时，火焰温度较低，峰值区在轴线两侧，且燃烧温度云图各区域显示的温度差异较小，主要集中在1 000～1 500 K。随着α值的增大，火焰温度明显增大且向轴线靠拢，火焰的各区域温度差异更清晰，出现明显的高温区。由此可判断，当过量空气系数较低时，燃料燃烧反应程度较为平缓，甚至接近“无焰燃烧”;但过量空气系数较大时，燃料燃烧反应剧烈，说明过量空气系数对燃烧反应的剧烈程度和燃烧温度有较大的影响。加大过量空气系数会促进燃料的充分燃烧，提高燃烧温度。3.2 燃烧速率分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气富氧燃烧特性及污染物生成研究[J]. 任昕.  当代化工. 2019(09)
[2]O2/H2O气氛下CH4燃烧特性与置换天然气水合物联产方案[J]. 胡多多,张引弟,刘畅.  过程工程学报. 2018(05)
[3]天然气富氧燃烧特性分析[J]. 刘畅.  当代化工. 2018(04)
[4]碳黑颗粒生长模型的初步研究[J]. 钟北京,刘晓飞.  工程热物理学报. 2004(05)

硕士论文
[1]富氧乙烯扩散火焰中碳黑生成的模拟研究[D]. 郭喆.华中科技大学 2014
[2]基于敏感性分析和遗传算法的燃烧反应机理简化与优化[D]. 刘合.上海交通大学 2012



本文编号：3588875