气流床气化炉内气体浓度的分布规律

常压条件下,在两喷嘴对置热模试验平台上,对含碳化合物(柴油)的气化过程进行了试验研究.在不同的氧油比条件下,用水冷不锈钢取样探头在炉内3个轴向位置和合成气出口位置取样,气体经预处理系统后,用质谱仪分析主要气体(O2、CO2、CO、H2和CH4)的体积分数.研究了不同试验条件下的气化炉升温过程,以及稳定工况下气化炉内不同径向位置气体分布规律.结果表明,喷嘴平面附近,升温速率以1 000℃为界限,明显地分为两个线性区,CH4体积分数可作为指示气化炉温度的指标.最佳氧油比为0.90～1.20 m3/kg左右.     

撞击气化火焰边缘的分形特性

气化炉是IGCC发电系统的关键设备,在试验中采用火焰摄像系统拍摄了多喷嘴对置气化炉内撞击气化火焰图像,用像素点覆盖法计算了撞击气化火焰边缘的分形维数,提供了一种有效判断撞击气化火焰燃烧状态的方法。试验结果表明,撞击气化火焰边缘曲线具有分形特征。撞击火焰的边缘分形维数在点火阶段逐渐降低;从两喷嘴撞击向四喷嘴撞击过渡时火焰边缘曲线分形维数逐渐增大;随着操作负荷的增大,分形维数增大,但两喷嘴和四喷嘴撞击火焰之间的分形维数相差逐渐减小。     

气流床气化炉内撞击火焰的Na~*、K~*二维辐射特性

气流床气化炉内火焰的辐射光谱包含着大量与火焰结构、火焰温度及当量比等有关特性的信息,因此对火焰进行有效的光谱诊断,是实现燃料高效利用、监控和优化气化过程的必要手段.基于实验室规模多喷嘴对置式气化实验平台,以柴油及水煤浆为原料,重点研究了气化炉内撞击火焰Na~*、K~*二维辐射分布特征,进而表征气化炉内火焰温度分布.结果表明,相比较两喷嘴火焰,四喷嘴火焰撞击区自由基辐射强度明显增大;Na~*的二维强度分布明显强于K~*的二维强度分布,且柴油中K含量高于Na,说明在相同条件下,Na比K更加容易被激发;随O/C摩尔比增大,Na~*及K~*辐射强度均增大,撞击区温度升高;在不同O/C摩尔比条件下,撞击中心辐射强度均最大且撞击中心火焰温度最高.     

氧煤比对气流床煤气化过程的影响

为研究氧煤比对气流床煤气化炉气化过程的影响,对某厂运行的Texaco气化炉进行了数值模拟研究。利用所建立的数学模型,分析了Texaco气化炉内的气化过程,以及氧煤比对炉内温度、气相成分及炉膛出口合成气成分的影响规律。结果表明:Texaco气化炉内下行火焰的长度约占气化炉高度的1/3,炉膛上部火焰高度区域内气相温度及主要成分浓度的变化梯度最大,而在炉膛下部气相成分及温度的变化均不明显;随着氧煤比的增大(0.95~1.10),气化炉出口合成气有效成分(H2+CO)浓度逐渐降低,CO2和H2O的浓度及气化炉内气相温度逐渐升高;在保证顺利排渣和合适的出口合成气成分的条件下,存在一个最佳氧煤比。     

多喷嘴撞击火焰高度及频率特性

基于多喷嘴对置式水煤浆气化试验平台,利用高温内窥镜配合使用高速相机,结合火焰图像处理技术,研究了多喷嘴对置式气化炉内水煤浆撞击火焰高度及其脉动频率特征,选用的图像处理方法可实现撞击火焰高度区域图像的有效分割.结果表明,撞击火焰的平均火焰高度和最大火焰高度均随氧碳比的增大不断上升,且撞击火焰稳定性增强.撞击火焰特征频率随着氧碳比的升高而降低,主要频率特征峰的幅值降低,脉动特征频率在1～3Hz处趋于稳定.在水煤浆操作的典型氧碳比条件下,撞击火焰将不会直接冲蚀到拱顶耐火砖.     

石油焦水煤浆在新型气化炉内气化过程的数值计算

对石油焦水煤浆(PCCWS)在多喷嘴新型水煤浆气化炉内的气化过程进行了数值计算,考察了气化炉内的温度分布、各种气化产物浓度分布规律.结果表明:同浓度的石油焦水煤浆气化与普通水煤浆气化相比,气化炉内平均温度略有上升,碳转化率提高,气化炉出口粗煤气中有效气(CO H2)含量提高7.91%,CO2和H2O浓度大幅下降,水分解率大大提高;石油焦水煤浆气化可以节约氧气约6%,气化效果明显优于普通水煤浆.     

不同空气稀释剂对合成气扩散火焰NO_x生成特性的影响

针对合成气燃烧中NOx的生成机理,以结构简单的对冲火焰作为研究对象,利用化学反应动力学模型研究了不同稀释剂对火焰特性、自由基浓度及NOx生成的影响.结果表明:3种稀释剂降低NO排放效果的顺序为:CO2＞H2O＞N2,少量的CO2或H2O稀释空气时能有效地降低NOx排放;稀释剂量的增加对合成气中是否存在CH4时的影响趋势基本一致;合成气中CH4的存在降低了火焰温度和热力型NO生成,促进了快速型NO的生成;火焰拉伸率的提高使火焰温度和NO的生成降低.说明采用CO2和H2O稀释空气能有效抑制NOx的生成.     

掺杂H2和CO2对二甲醚燃烧的耦合化学作用研究

对掺杂H2和CO2的二甲醚预混火焰进行研究,分析H2和CO2的化学效应对二甲醚燃烧火焰温度、主要产物、中间产物和自由基的耦合影响。结果表明,在10%H2条件下,CO2浓度越高,其化学效应对温度下降,二甲醚消耗,乙炔、甲醛、乙醛及H生成的抑制作用越强,对O、OH生成的促进作用也越强;H2的化学效应对温度升高和二甲醚燃烧的促进作用随CO2浓度升高而增强,对H生成的促进作用随CO2浓度升高而减弱,对O、OH、乙炔、甲醛及乙醛生成的促进作用与CO2浓度无关。     

同轴离心式喷注器火焰特性实验研究

为了研究高压补燃循环液氧,煤油发动机燃烧室同轴离心式喷注器的火焰特性,分别用富氧空气和煤油蒸气以及空气和甲烷在大气环境下进行了喷注器的燃烧实验,前者采用红外热像仪测量了火焰温度场,后者采用激光诱导荧光技术测量了火焰中CO2和OH的分子浓度分布.结果表明,该型喷注器的火焰形状和燃烧产物组分随氧化剂和燃料的混合比而变化;火焰稳定在喷注器出口处,剧烈的燃烧发生在火焰中心;平面激光诱导荧光技术用于燃烧过程研究,可以提供燃烧场组分分子浓度的信息.     

稀释气体组分和浓度对柴油喷雾燃烧特征影响

通过一台高温、高压可视化定容燃烧弹,采用高速摄像技术研究了不同稀释气体(Ar、N2和CO2)在10%~40%的氧体积分数范围内对柴油喷雾着火和火焰发展过程的影响;采用羟基自发光成像和双色法研究了低氧体积分数下稀释气体组分(Ar和N2)对火焰发展特征和碳烟分布的影响.结果表明:随氧体积分数增加,柴油机喷雾火焰自发光亮度增强,火焰宽度减小,碳烟初始形成位置向喷雾上游迁移.氧体积分数为30%、稀释气体为CO2时,火焰头部出现剧烈波动.在低氧体积分数下,稀释气体为N2时的火焰自发光亮度远弱于稀释气体为Ar的情况,在气体成分为10%O2+90%N2的情况下,在燃烧初期会观察到微弱的蓝色化学发光.使用Ar替代N2作为稀释气体后火焰浮起长度显著缩短,火焰温度上升,火焰中游内部的碳烟浓区分布更广.相比于N2,极端低氧体积分数下使用Ar作为稀释气体能够有效提升柴油喷雾火焰的着火稳定性.