回热式多孔介质发动机的排放特性分析

研究了回热式多孔介质发动机的排放特性.使用Ferrenberg所提出的回热式发动机模型,其多孔介质面热器在气缸中作往复运动.用改进的KIVA-3V程序进行了二维模拟.探讨了在不同当量比和孔隙率条件下,气缸内燃烧和排放特性.结果表明,回热式多孔介质发动机在燃烧和排放方面较之常规都有明显的优势.采用低当量比能有效地降低污染物的排放,而孔隙率的影响则与当量比有关.分析证明,采用多孔介质回热器是发动机实现稀薄燃烧的一条可供选择的途径.     

渐变型多孔介质燃气装置的试验研究

在一台0.8 t/h渐变型多孔介质燃气锅炉上进行了传热特性、污染物排放特性和阻力特性试验研究,结果表明,该多孔介质燃气炉具有体积小、负荷调节比大、换热效率高、污染物排放低和气流阻力小等特点.该燃气锅炉的特点是在燃烧室中设置有多孔介质与布置在其中的冷却介质管束,同样功率的多孔介质燃气炉体积只有常规自由火焰锅炉体积的1/5,换热效率大于90%,Nox排放质量浓度低于45 mg/m3,压降小于0.001 Mpa.     

多孔燃烧器中氨/空气燃烧特性数值研究

氨具有氢密度高、生产成本低、基础设施完善等优点,作为一种潜在的可再生替代燃料受到了广泛的关注。目前,仅有少数研究关注氨气燃烧喷嘴的研究,针对氨气稳定燃烧喷嘴的研究尤其不足。为实现氨燃料的稳定燃烧和低污染物排放,本研究提出了一种氨用多孔介质燃烧器。对氨用多孔介质燃烧器建立了二维数值模型,并对预混氨/空气在多孔介质燃烧器中的燃烧性能进行了评价,考察了不同进口速度u₀、当量比Φ和多孔介质导热系数对氨/空气火焰特性和NO排放的影响。结果表明,多孔介质燃烧器能在u₀ = 3 ~ 7 m/s和Φ = 0.9 ~ 1.2条件下稳定燃烧;随着多孔介质导热系数的增大,火焰最高温度下降且火焰位置向上游移动;减小进口速度和增大当量比能够显著降低NO的排放。     

基于多孔介质燃烧的端部辐射器的实验研究

设计了基于多孔介质燃烧技术的端部辐射器,研究不同预混气体流速(功率)下当量比对燃烧器燃烧稳定性、多孔介质内部温度、辐射器表面温度及其均匀性、污染物排放、辐射效率等特性的影响.结果表明,燃烧器辐射表面的温度均匀性较好.最大相对温差小于3%:多孔介质燃烧器可实现最低当量比0.33的稳定可持续燃烧;小功率燃烧时.多孔介质内部温度及端部辐射表面温度都随当量比增大而增加,且流量越大增加程度越大,可据此提出实现更高辐射表面温度的方案.实验工况范围内.最大辐射效率达23%;NO<,x>排放体积分数低于25×10<'6>,在当量比大于0.45时,CO排放体积分数均低于10×10<'6>.     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

超低热值燃气燃烧及CO排放控制研究

针对超低热值燃气燃烧CO排放高的问题,设计开发了同心套筒多孔介质燃烧系统,分别研究了过量空气系数、水蒸气和氧气对以CO为单一可燃气体的超低热值燃气的燃烧特性及污染物排放的影响。结果表明:在预热阶段,内部点火相比较于外部点火能够减少1/3的预热时间;热值为3.0 MJ/m~3的超低热值气体在增大过量空气系数时,能够有效降低CO排放,而2.5和2.0 MJ/m~3的超低热值燃气没有效果;空气系数为1.00的条件下,通过添加质量分数为2%～4%的水蒸气未能降低CO排放;在超低热值燃气中通入氧气可以有效降低CO排放,空气系数为1.00时,在3.0 MJ/m~3的超低热值燃气中添加质量分数为12%的氧气,CO排放最低能降到体积分数53×10~(-6)。     

多孔介质燃烧器的辐射输出效率和污染物

使用双温度体积平均模型、详细化学反应机理GRI3．0，对甲烷，空气预混气在多孔介质燃烧器内的预混火焰进行模拟．分析不同当量比和质量流量下的预热效率、辐射输出效率以及污染物排放情况，并对辐射输出效率随多孔介质热物性参数的变化进行敏感性分析．结果表明，增大相间对流换热系数或减小当量比、质量流量及固相消光系数都可以提高辐射输出效率，减小当量比或质量流量可以减少污染物排放．在所有的影响因素中，当量比的影响最大，发展超贫燃燃烧技术是获得高效低污染多孔介质燃烧器的关键．     

生物质热燃气多孔介质直燃机理与脱焦特性研究

为研究含焦油的生物质热燃气在多孔介质中的燃烧机理与焦油燃烧脱除特性,采用固相实体颗粒堆积法模拟多孔介质,通过分析燃烧过程中反应器内温度、热流密度以及反应动力学速率等参数场的分布特征,揭示了当量比对生物质热燃气多孔介质燃烧过程的显著影响作用.研究表明,焦油燃烧脱除过程中直接氧化反应速率高是决定焦油出口浓度小、转化率高的关...     

多孔介质微小燃烧器的传热特性分析

采用计算流体力学软件Fluent,对H_2/空气预混气在全填充多孔介质平板微燃烧器内的燃烧过程进行数值模拟.研究了多孔介质导热系数、壁面导热系数、当量比、孔隙率对微燃烧器回热循环的影响规律.模拟结果表明:预热区对流回热效率、多孔介质导热效率与多孔介质导热系数呈正相关趋势;壁面导热系数增大会使预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升;预热区对流回热效率、壁面对流回热效率与当量比呈负相关趋势;多孔介质孔隙率是影响回热效率的重要因素,随着孔隙率的增大,预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升.     

燃气锅炉烟气潜热势利用技术研究

为进一步提高燃气锅炉热效率,同时兼顾低氮燃烧技术的应用,研发了一种烟气潜热回收与低氮燃烧耦合技术,并对1台7 MW燃气热水锅炉实施改造,通过实测对比分析改造前后锅炉能效和NO_x排放的变化。结果表明:改造后烟气潜热回收率提高,锅炉热效率升至102.7%,提高了6.2%;其中,锅炉本体和省煤器结算热分别提高1.3%和5.5%,散热损失增加0.6%。NO_x排放浓度与助燃空气含湿量有关,随助燃空气含湿量升高显著降低,当助燃空气含湿量为116.6 g/kg时,NO_x排放浓度可低至19 mg/m~3;改造后锅炉单位热产品NO_x减排率达80%以上,环境效益显著。     

低热值C2H4-AIR-N2预混气体在多孔介质内的燃烧特性研究

利用自行设计的多孔介质实验台,对C_2H_4-AIR-N_2预混气体在多孔介质燃烧器内的燃烧特性进行了实验研究,分析燃料当量比、预混气体流速以及N_2稀释比对预混气体的可燃极限、火焰传播方向、火焰温度分布以及污染物排放的影响。研究表明:随着稀释比的上升,预混气体的可燃极限范围缩小,火焰向上游传播的工况逐渐减少;燃烧器内最高火焰温度与当量比以及气体流速正相关,与稀释比负相关;CO的排放量随着稀释比的上升而增加,与当量比以及气体流速负相关;实验中的NO排放量小于20 mg/m~3。     

氢气直喷对发动机燃烧及排放性能的影响

基于一台高压直喷汽油机,将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器,试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释,进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性,明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明,当量燃烧模式下,相比汽油发动机,氢气发动机的燃烧持续期明显缩短,有效热效率降低,NO_x排放升高,CO及总碳氢（total hydrocarbon, THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下,过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数,氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下,当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。     

秸秆压块户用采暖装备设计与性能测试

为解决当前秸秆压块燃料采暖炉存在的燃烧不稳定、燃烧效率和热效率低、封火或低温缺氧燃烧情况下焦油生成量大等问题,设计了一种具有自动送料功能的秸秆压块采暖装备,自动送料装置能够实现12 h连续稳定输送块状燃料(输送量为2.5~3.5 kg/h),彻底取消了采暖炉夜间封火工艺,解决了炉内燃烧不稳定问题;采暖炉双燃烧室结构实现了秸秆压块燃料的分区燃烧和低温燃烧,有效防止焦油凝结和灰分结渣,降低污染物排放。经计算,反平衡综合热效率高达80.11%。反算得体积热强度为247.3 k W/m~3,炉排热强度为167k W/m~2,故推荐分区燃烧生物质采暖炉体积热强度为200~300 k W/m~3,炉排热强度为150~200 k W/m~2。研究结果可为北方农村地区秸秆压块采暖装备的设计和应用提供参考。     

当量比对微型燃气轮机H2/Air燃烧特性的影响

为了探究氢气微型燃气轮机的燃烧特性,用数值模拟方法分析了6种不同当量比工况下的燃烧室内流场特性、压力损失、燃烧效率、NO_x排放和速度分布等参数。结果表明：当量比对回流区的范围影响不大,压力损失和出口速度随当量比增加逐渐增大,出口温度分布系数（OTDF）、排气温度和NO_x排放随当量比的增加先增大后减小;径向速度的分布关于燃烧室中心轴线对称;当量比小于1时,燃烧效率在99.9%以上;当量比大于1时,燃烧效率随当量比增加而降低;当量比为1时,排气温度达到2 500 K,NO_x排放达到最大值,偏离化学当量比燃烧有利于抑制NO_x的生成。     

生物质气化燃气无焰燃烧的实验研究

在自行设计的无焰燃烧系统中探究了生物质气化燃气无焰燃烧的温度场、污染物排放等特性,研究预热温度(950 K、1 000 K、1 050 K、1 100 K)、当量比(0.45、0.60、0.75、0.90)、不可燃成分组成(BGG1～4)对燃烧特性的影响,并找到最优运行参数.结果表明,生物质气化燃气无焰燃烧时具有传统燃料类似的均匀温度场和低污染排放,但是整体温度更低,污染物排放更低.预热温度、不可燃成分、当量比等因素由高到低影响燃烧的热效应.最优的运行参数为:预热温度1 100 K,当量比0.9;不可燃成分组成BGG1为60%N2+5%CO2.     

煤泥循环流化床锅炉NOx排放特性研究

为有针对性地进行CFB(循环流化床锅炉)锅炉设计以及优化锅炉运行参数,需了解煤泥CFB燃烧NO_x排放特性及其影响因素。本文通过对一台20 t煤泥循环流化床锅炉进行相应的测试分析,得到NO_x排放浓度随床温和氧量的变化规律。研究结果表明,维持锅炉炉膛过量空气系数1.2,下料层床温由800℃升到935℃的过程中,NO_x浓度由296 mg/m~3上升到341 mg/m~3;维持下料层床温905℃,烟囱中部烟气氧含量由9.3%升到10.5%的过程中,NO_x排放浓度由285 mg/m~3上升至377 mg/m~3。在控制下料层床温和炉膛氧含量这两个参数条件下,可使得烟囱中部NO_x排放浓度水平整体降低,平均排放不高于250 mg/m~3,整体保持在300 mg/m~3以下,符合限定地区污染物排放要求。在一定运行参数范围内,NO_x排放浓度随下料层床温升高而增大,随氧量升高而增大。     

往复流多孔介质燃烧换热器热量提取的数值研究

通过一维双温模型,研究多孔介质中的燃烧特性和换热器的热量提取.预测的气体和固体温度曲线基本上为M型分布.数值结果表明,在往复流多孔介质燃烧器系统中,甲烷的贫可燃极限可以扩展到当量比0.15.当换热器的长度从6mm增大到14mm时,热效率由0.39增加到0.61.随着换热器长度和当量比的增大,热量提取效率增大.     

内置多孔介质卷式反应器内甲烷富燃制氢的数值模拟

为了解甲烷在内置多孔介质卷式反应器内超绝热富燃制氢特性,采用计算流体力学与详细的化学反应机理相结合的方法,对甲烷在该反应器的富燃制氢过程进行了数值模拟,研究当量比和预混气体流速对燃烧区峰值温度、合成气组分和甲烷转化效率的影响,并和实验值进行对比。结果表明,多孔介质内甲烷的燃烧温度远超过其绝热火焰温度,实现了超绝热条件下富燃制氢;在研究范围内,甲烷-氢气的转化效率随当量比和气体流速的增大而增大,数值模拟结果与实验值基本吻合。     

不同长度泡沫陶瓷内低浓度瓦斯燃烧特性研究

搭建了碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯燃烧实验台,研究了不同长度碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯燃烧温度分布及污染物排放,探究了不同长度碳化硅泡沫陶瓷对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。结果表明:在相同的当量比和相同的混合气流速下,燃烧室温度随着碳化硅泡沫陶瓷长度的增加而增加,同时,出口排烟温度降低,而温升梯度随着碳化硅泡沫陶瓷长度的增加而减小;在相同的当量比、相同的混合气流速下,随着碳化硅泡沫陶瓷长度的增加,CO和NO的排放量减少;而相同的当量比、相同长度的泡沫陶瓷和不同混合气流速下,CO排放随流速的增大而减小,NO排放随着流速的增加而增加;在相同的流速、相同长度的泡沫陶瓷内,CO排放随着当量比的增大而减少;NO排放随当量比的增大而升高。     

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧

设计了孔径沿程变化的渐变型多孔介质(GVPM)燃烧器，为了解天然气在其中的预混燃烧特性，对燃烧室气体、固体温度分布和CO、NO；污染物排放进行了测量．试验研究了渐变型多孔介质中燃烧的温度场分布、火焰移动、污染物排放、稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律．将研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧进行比较，发现渐变型多孔介质中的燃烧可以有更多的优点，包括均匀温度场分布、极低污染物排放、高火焰速度、高稳定性、宽燃烧极限和有很大的负荷调节范围等．