Combustion Systems for Biomass Fuel

Abstract

Biomass is one of humanity's earliest sources of energy. Traditionally, biomass has been utilized through direct combustion, and this process is still widely used in many parts of the world. Biomass thermo-chemical conversion investigations are certainly not the most important options at present; combustion is responsible for over 97% of the world's bio-energy production. Biomass combustion is a series of chemical reactions by which carbon is oxidized to carbon dioxide, and hydrogen is oxidized to water. Biomass fired domestic stoves are commonly used for space heating and cooking in the rural areas. Biomass residues are now widely used in many countries to provide centralized, medium and large-scale production of process heat for electricity production. Biomass is burned by direct combustion to produce steam, the steam turns a turbine and the turbine drives a generator, producing electricity.     

不同增压方式下EGR对高压共轨柴油机燃烧和排放的影响

在一台电控高压共轨柴油机上,采用单级增压、两级增压和可变几何截面增压3种增压方式,进行了高压冷却废气再循环(EGR)的燃烧与排放试验研究.结果表明,柴油机采用可变几何截面增压时,涡前与进气压差较低,泵气损失小,具有良好的燃油经济性;大负荷、等EGR率情况下,单级增压、两级增压和可变几何截面增压的缸内最大爆发压力和主燃烧...     

瞬态EGR对柴油机低温燃烧切换平顺性影响

针对传统燃烧(CDC)与低温燃烧(LTC)双模式柴油机在燃烧模式切换过程中出现的平均指示压力(IMEP)波动、发动机工作平顺性差的问题,基于自主设计开发的单缸柴油机,进行了燃烧模式切换过程瞬态废气再循环(EGR)影响研究.研究表明:燃烧模式切换过程中EGR率变化与燃油喷射变化不同步是造成IMEP波动的主要原因,在110...     

燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性的影响

针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和污染物排放高的问题,开展了燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性（燃烧稳定性和污染物排放影响规律）影响的研究。以某重型燃气轮机分管燃烧室为研究对象,在扩散燃烧和预混燃烧方式下,保持燃料流量、空气流量及大气温度等参数不变,仅改变燃料热值,采用数值仿真方法对燃烧室设计监测点处压力、燃烧室出口温度及污染物排放等数据进行分析。研究表明：在扩散燃烧方式下,热值较低时,燃烧室高频压力脉动较大,热值增加,燃烧室低频压力脉动先减小后增加;在预混燃烧方式下,热值增加,燃烧室高频压力脉动减小;在两种燃烧方式下,热值增加,燃烧室出口NO_x排放均增加,而热值变化对燃烧室出口CO的排放影响较小。     

生物质颗粒燃料燃烧模拟实验

在生物质颗粒燃料燃烧试验用锅炉平台上,进行了多种配风、一、二次风配比、不同的二次送风位置及改变燃料层厚度四个工况下的实验研究。实验结果表明：生物质颗粒燃料锅炉热效率高达77.69%,而锅炉排烟中NOX、SO2等环保指标远远低于燃煤锅炉。燃烧模拟实验为生物质颗粒锅炉设计和运行提供规律性参考数据。     

小型天然气锅炉低氮燃烧技术的数值模拟和实验研究

为实现小型天然气锅炉低氮排放,针对0.2 MW天然气锅炉,开发出一种以烟气再循环和燃料预混贫氧燃烧技术为基础的小型天然气锅炉专用低氮燃烧器.对此燃烧技术的排放特性进行了数值模拟研究,分析了烟气再循环率、预混段长度以及多孔板孔径等因素对NOx排放量的影响,搭建了相应的实验台进行热态实验并对其设计合理性进行了验证.被热态实...     

空气旋流数对甲烷燃烧NOx生成影响数值模拟研究

为研究甲烷-空气非预混燃烧下空气旋流数对流动特性、温度分布及其对污染物NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准的k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡流耗散模型进行数值模拟。结果表明：空气旋流数从0提高到0.8的过程中,形成的中心内回流区会强化燃料和空气混合,中心火焰向燃烧室两侧逐渐扩散,火焰长度变短,且高温区移动到燃烧室的前端,局部高温的产生得到了抑制,燃烧室内的温度场更加均匀,进而导致NOx生成量的下降。同时研究燃烧器几何尺寸对气体停留时间及NOx排放浓度的影响,发现缩小空气入口孔隙半径r和燃空径向隔板间距L会导致气流速度增大,促进反应更快地弥散到整个空间,能够进一步抑制NOx的产生。     

不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控高压共轨重型柴油机上,基于高压冷却废气再循环(EGR),对比研究了带废气放气阀式单级固定涡轮截面增压器(WGT)、单级可变涡轮截面增压器(VGT)、二级固定涡轮截面增压器(WGT-FGT)和二级可变涡轮截面增压器(VGT-FGT)四种增压方式对柴油机性能与排放的影响。结果表明:可变截面相对固定截面增压系统(VGT相对WGT,VGT-FGT相对WGT-FGT),能显著提高涡前与进气压差,实现更高EGR率和更低的NO_x排放,同时能够提高进气充量,从而改善燃烧过程。随着NO_x比排放的降低,四种增压方式的油耗都呈现上升趋势,并且VGT-FGT、VGT、WGT-FGT和WGT的燃油消耗率依次升高。当NO_x原始排放控制在5.0g/(kW·h)左右,采用WGT-FGT时燃油消耗率相对WGT获得一定改善(与VGT和VGT-FGT相当),碳烟排放与VGT-FGT接近,明显优于WGT。随NO_x排放降低,可变截面增压系统相对固定截面增压系统逐渐表现出优势:当NO_x原始排放控制在3.5g/(kW·h)左右,VGT可以获得与VGT-FGT接近的燃油经济性和碳烟排放;当NO_x原始排放更低(2.8g/(kW·h)以下),VGT-FGT降低油耗和碳烟排放的优势更加明显。     

废气再循环方式对汽油机燃烧和颗粒排放特性的影响

研究了不同废气再循环(EGR)方式下,汽油机的燃烧与颗粒排放特性.结果表明,由进气道引入废气的分层废气再循环(分层EGR)方式与由节气门前引入废气再循环(总管EGR)方式相比,汽油机稳定燃烧的EGR率范围大,而且前者比后者的汽油机指示热效率高.在相同负荷下,分层EGR方式下汽油机连续循环中各个循环的指示平均有效压力比总管EGR方式下的更加集中,前者的燃烧更稳定.两种EGR方式下汽油机排气中单位体积内的核态颗粒物和表面积数随着EGR率的增加而降低,而且在相同EGR率下,分层EGR方式下的值比总管EGR下的值高.单位体积内积聚态颗粒物数和总表面积随着EGR率的增加,先减少后增加,但在相同EGR率下,分层EGR方式下的值要比总管EGR下的值低.     

富氧燃煤锅炉再循环方式对烟气酸露点的影响

以某600 MW富氧燃煤锅炉为例,对其在3种不同再循环方式下烟气中H2O和SO2体积分数的变化进行了计算与分析,预测了烟气酸露点,并分析了再循环方式对尾部受热面低温腐蚀的影响.结果表明:富氧燃烧下烟气的酸露点比空气状况下高15K左右;再循环方式中脱硫脱水处理过程对烟气中H2O和SO2体积分数影响明显;3种再循环方式下烟气酸露点最大差值可高达11K;烟气酸露点随一次循环烟气比的增加呈下降趋势.     

混合生物质颗粒燃料的燃烧特性

从生物质燃料的灰熔融性和热值两个关键性的特性指标着手,以玉米秸秆和水稻稻壳作为主要原料,用试验优化设计和分析的方法 ,寻求混合生物质颗粒燃料的优化配方,提高混合生物质颗粒的软化温度ST>1 400℃,有效地解决了玉米秸秆颗粒结渣问题。对混合生物质颗粒进行了热重试验研究和燃烧机理、动力学特性分析,结果表明:混合生物质颗粒具有易着火和单峰值热解特性,燃烧性能良好。此研究为改善单一成分生物质燃料的燃烧性能,推广利用生物质能提供指导性建议。     

烟气循环燃烧减排NO_x的影响因素研究

烟气循环燃烧是一种新型燃烧方式,将燃烧烟气返回用于燃烧,形成循环燃烧过程,可以减少NOx的排放,富集回收CO2。通过正交方法设计燃烧实验,得到影响NOx排放的关键因素。实验表明烟气循环比是影响烟气中NOx含量的重要因素,烟气全部循环可以减少NOx排放24%。循环比与排出的CO2量成正比,利用烟气循环将空气燃烧产生的烟气与空气混合共同助燃,可以富集CO2。     

燃料着火性对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统,研究了燃料着火性对小型柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律.结果表明,在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,燃料十六烷值对燃烧参数的影响具有类似的规律.随燃料十六烷值的降低,着火始点延迟,滞燃期增加,燃烧速率加快,燃烧持续期减小,但预混燃烧期和预混合燃烧量增加,缸内压力峰值、放热率峰值及压力升高率升高.     

基于废气再循环的防爆柴油机清洁燃烧技术

针对某型煤矿用防爆柴油机NO_x排放物污染严重、危害大的问题,分析防爆柴油机的燃烧过程,建立燃烧数学模型。通过流体仿真分析软件对基于废气再循环系统的防爆柴油机的清洁燃烧过程模拟仿真并进行台架试验。试验结果表明：在8种工况下加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机CO排放加权平均值为0.004 5%,与未加装废气再循环的系统相比体积分数增加0.004 5%;加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机NO_x排放加权平均值为93.35×10^-6,与未加装废气再循环的系统相比降低56.17%,采用废气再循环的系统对降低防爆柴油机的NO_x排放效果明显。     

热EGR对氢内燃机性能及排放影响的试验研究

氢内燃机燃烧产物与传统内燃机不同,因此其EGR的作用机制与传统内燃机有很大差别.为了研究EGR对氢内燃机的动力性和排放特性的影响规律,以一台4缸2.0 L的氢内燃机为研究对象进行了试验研究,并探讨了缸内燃烧的发展过程和特点.试验表明:在循环喷氢量不变时,可以通过调节EGR率改变混合气的当量燃空比.在当量燃空比小于1时,EGR率的变化对输出转矩影响不大,在当量燃空比超过1后,输出转矩随EGR率的增加线性下降;在小负荷时使用热EGR将导致缸内温度的升高、增大NO相似文献   

共轨柴油机不同喷孔形式对燃油喷雾及燃烧特性的影响

采用CFD软件,基于欧拉法和拉格朗日离散法分别模拟喷油器内部流动及喷射特性,并将喷射计算结果导入燃烧模型实现联合仿真。仿真计算不同喷孔形式的喷射特性,得到了其内部速度、压力、气相体积分数(空穴)及喷雾场。仿真结果表明:在相同轨压下,小孔径喷孔油滴速度较大、贯穿距长、喷雾锥角小;燃烧湍流动能大,且较多soot打在气缸盖上,影响柴油机的可靠性。     

低NO_X燃烧技术对填充球蓄热室传热性能的影响

通过数值计算 ,研究了低 NOX燃烧技术 ,包括低氧燃烧和烟气再循环 ,对填充球蓄热室传热性能的影响。结果表明 ,低NOX燃烧技术应用到蓄热燃烧系统上合适与否 ,与燃料的热值水平有关。当燃用低热值燃料时 ,采用低氧燃烧技术是保证高热回收率和低 NOX排放量的有效途径     

贮木场木材加工剩余物的燃烧特性

将木材加工剩余物布置成燃烧床,进行木材加工剩余物室外燃烧实验,通过设置不同的木材加工剩余物的含水率、不同的外界风速,分析二者对燃烧床燃烧时周围的温度场、火蔓延速度、火线强度、火焰高度的影响.实验结果表明,在本实验工况下,当木材加工剩余物的含水率增大或风速减小时,温度场、火蔓延速度、火线强度、火焰高度均降低,反之,这4个指标均增大;当木材加工剩余物的含水率为6%,风速为4,m/s时,燃烧床周围温度场最高,平均火蔓延速度最快,火线强度最高.     

燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC排放的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统及排气采集装置，对小型柴油机突增负荷工况下的燃烧及HC排放特性进行了实验研究，利用气相色谱仪分析了HC排放成分，设计了不同参数的燃烧室，研究了不同压缩比（13～19）和燃烧室形状对柴油机燃烧及HC排放的影响，研究结果表明，同一燃烧室在突增负荷工况，燃油开始增加后，THC排放量急剧增加，最大值达到稳态工况的100倍，随循环数的增加，滞燃期缩短，HC排放逐渐减少，HC排放成分中LHC占有很大比例，其中乙烯和丙烯最多，随压缩比的降低，滞燃期延长，HC排放明显增加，压缩比相同时适当缩小燃烧室直径，有助于降低HC排放。     

爆燃燃烧对火焰辐射光变化的影响

应用火花塞光纤传感测量系统对BJ492Q汽油机爆燃燃烧进行测量和研究,分析了爆燃燃烧时火焰光辐射的变化情况。正常燃烧时,CH（431．5nm),C2(516.5nm),H2O(588nm)自由基的光强曲线出现双峰值,着火延迟期内自由基光辐射。爆燃较强工况时,只出现一个峰值,主要是碳粒子热辐射,峰值处出现剧烈波动,相位提前,无自由基的光辐射。试验表明,火花塞光纤传感器完全可用于爆燃测量。