合成气旋流扩散火焰稀释燃烧特性的实验研究

摘要

整体煤气化联合循环(IGCC)是一种可以提高能源利用效率的新型发电循环。由于其燃料——合成气的主要成分是CO和H<,2>，采用干式低NO<,x>燃烧技术会带来回火、高压力损失等问题，而H<,2>含量使稀释燃烧可以在降低火焰温度的同时并不明显降低燃料活性，成为目前解决合成气低污染燃烧的主要解决方案。本文在模型燃烧室上以不同方式进行水蒸汽稀释燃烧实验和N<,2>稀释燃烧实验，包括五种稀释方式：水蒸汽伴随稀释、水蒸汽燃料稀释、水蒸汽空气稀释、N<,2>伴随稀释和N<,2>燃料稀释。 首先实验研究在不同负荷、不同稀释度下，五种稀释方式对火焰根部区域温度场的影响、燃烧器出口NO<,x>、CO排放的影响以及对燃烧效率的影响。发现各种稀释方式对燃烧效率的影响不大，随着稀释度的增加各个稀释方案都可以有效地降低NO<,x>的生成，但有不同程度的CO增多。比较得出水蒸汽伴随稀释、水蒸汽燃料稀释在降低NO<,x>方面效果较好并且CO排放不高。 随后进行了火焰稳定性实验，采用水蒸汽伴随、水蒸汽空气稀释或者N<,2>伴随方式时合成气火焰不存在熄火问题，而采用水蒸汽燃料稀释或者N<,2>燃料稀释燃烧时火焰都存在稀态熄火问题，水蒸汽燃料稀释的稀态极限更窄。存在临界的稀释度，当稀释度大于此临界值时会出发生熄火状况。 在保持燃烧室出口绝热温度相同条件下，各种稀释方式随稀释度增加和燃烧负荷的相应增加，都可以有效地降低NO<,x>的排放，而且由于燃烧区域温度不低，CO排放水平非常低。合理的选择当量比φ和稀释度DOH，可以达到即降低NO<,x>的排放，出口温度场又符合设计要求的目标。 最后选择了不同稀释方式的典型工况进行浓度场和温度场的测量，及出口污染物的比较。发现水蒸汽伴随稀释和水蒸汽燃料稀释这两种稀释方案可以更有效地降低火焰根部高温区域的温度，而且伴随稀释这种方法可以更有效地降低火焰根部高温区域的氧浓度。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2低NOx燃烧技术

1.2.1污染物NOx生成机理

1.2.2降低燃烧室NOx所采取的措施

1.2.3小结

1.3稀释燃烧国内外研究现状

1.3.1低污染燃烧技术的研究与发展历程

1.3.2稀释燃烧降低NOx的研究状况

1.3.3小结

1.4本文的主要研究内容

第二章实验系统及测试手段

2.1概述

2.2模型燃烧室实验系统

2.2.1燃烧实验台

2.2.2模型燃烧室

2.2.3旋流数

2.3实验测量装置

2.3.1流量测量

2.3.2温度测量

2.3.3组分浓度测量

2.4实验参数定义和处理方法

2.4.1燃料—空气化学当量比φ

2.4.2稀释度

2.4.3燃气分析成分与参考氧浓度

2.4.4空气含湿量

2.4.5燃烧效率

2.4.6温度修正

2.5实验工况设置

第三章稀释燃烧的污染物生成特性

3.1本章概述

3.2实验思路

3.2.1实验方法

3.2.2实验工况

3.3稀释燃烧对火焰根部温度的影响

3.4稀释燃烧对NOx排放的影响

3.5稀释燃烧对CO排放的影响

3.6稀释对燃烧效率的影响

3.7本章小结

附图

第四章稀释燃烧的总体特性

4.1本章概述

4.2稀释燃烧的稳定性

4.2.1不同稀释方式的火焰稳定性特点

4.2.2水蒸汽/N2气燃料稀释的熄火极限

4.2.3小结

4.3相同出口绝对火焰温度燃烧特性

4.3.1实验思路和工况表

4.3.2实验结果

4.3.3 小结

第五章不同稀释方式对燃烧区流场的影响

5.1概述

5.2无稀释物的燃烧区域特性

5.2.1实验思路和实验工况

5.2.2实验结果分析

5.3水蒸汽/N2伴随稀释对燃烧区域的影响

5.3.1实验思路和实验工况

5.3.2实验结果分析

5.4水蒸汽/N2燃料稀释对燃烧区域的影响

5.4.1实验思路和实验工况

5.4.2实验结果分析

5.5水蒸汽空气稀释对燃烧区域的影响

5.5.1实验思路和实验工况

5.5.2实验结果分析

5.6不同稀释方案对燃烧区域影响的总结

5.6.1不同稀释方案对出口污染物排放的影响

5.6.2不同稀释方案对燃烧区域NOx的影响

5.6.3不同稀释方案对燃烧区域CO的影响

第六章全文总结和今后工作展望

6.1主要结论

6.2不足和今后工作展望

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的文章

致谢