湿度变化对双旋流合成气非预混燃烧特性的影响

利用平面激光诱导荧光(PLIF)、高温细丝热电偶及红外气体分析仪对不同空气湿度下的双旋流合成气非预混燃烧流场进行了实验研究.实验结果表明,随着空气湿度的增加,合成气火焰的基本形态已经发生很大变化,燃烧室中心轴线处OH自由基浓度越来越低,荧光信号强度明显变弱,火焰根部逐渐出现W型分布特征,燃烧室排气温度缓慢下降;当空气加湿量φ(空气中水蒸气体积与干空气体积之比)为0~30%时,CO排放量变化不大,但是当φ=40%时CO排放迅速增加,而当φ=50%时,CO排放已经不稳定,燃烧振荡,容易熄火.此外,NOx排放随着φ增加下降明显,但是当φ20%时,NOx排放的下降趋势会变慢,继续增加水蒸气对NOx排放的影响不大.     

联焰稳流器对驻涡燃烧室性能的影响分析

为考察联焰稳流器对驻涡燃烧室的流场和性能的影响,应用高端数字样机系统进行了设计和数值计算。在典型驻涡燃烧室三维模型上添加了联焰稳流器,分析了2个燃烧室模型在不同进口马赫数条件下的冷态流场结构和总压损失。选取进口马赫数为0.2的工况,对2个模型的燃烧流场进行对比,分析了联焰稳流器对燃烧室性能的影响。结果表明:驻涡燃烧室的NOx排放低于普通构型燃烧室;添加联焰稳流器后,驻涡区能更好地实现与主流区的物质交换,避免因主流速度过快,切断驻涡区与主流区的能量传递;燃烧效率从97%提高至99%,出口温度分布系数从0.92降为0.49;2个模型各冷态工况的总压损失也分别增加2%~12%。     

火焰稳定器对直喷式燃烧室污染物生成影响的研究

本文通过实验研究了不同火焰稳定器对直接喷射式低污染燃烧室燃烧和污染物排放的影响.实验中所用的火焰稳定器分别为45°,60°旋流角的旋流器和三种开孔率不同的多孔板.采用test360烟气测试仪测量在分别改变燃气和空气的流量的条件下,相应的燃烧室出口温度,NOx和CO生成量.通过对采用不同火焰稳定器燃烧室所得到的不同燃烧与排放性能的分析比较,研究了火焰稳定器对燃烧和污染物排放的影响.     

贫燃预混燃烧室混氢燃烧性能研究

为加快实现碳中和，传统化石燃料燃气轮机逐步向含氢气燃料转型，因此需要掌握燃料中氢气对燃气轮机燃烧室性能影响，为燃气轮机燃氢化奠定理论基础。本文以国内某型现役低排放燃气轮机燃烧室参数与结构为例，采用氢气甲烷混合燃料燃烧，研究混氢比例对燃烧室性能影响。研究表明：氢气体积占比低于30%时，燃烧室喷嘴无回火；燃料中氢气占比由0增加至30%，燃烧室总压损失升高11%,NOx排放(@15%O₂干基)升高31%，火焰筒上游区域温度略有升高，燃烧效率升高，出口温度场均匀性几乎无变化。     

通道尺寸对热面点火天然气发动机工作过程的影响

针对缸内直喷压燃式天然气（CNG）发动机低负荷循环波动大及高负荷NOx排放偏高的问题,设计开发了涡流室式热面点火燃烧系统,研究了涡流室通道尺寸对缸内天然气空气混合气形成、着火燃烧及发动机运转特性的影响．结果表明：选择直径较大的涡流室通道,发动机起动性能较好且缸内混合气燃烧持续期短,对改善发动机的有效热效率有利;选择直径较小的涡流室通道,主副燃烧室内混合气的浓度分层效果明显,能够实现两级燃烧过程,有利于降低发动机循环波动,扩展功率范围及改善NOx排放。     

煤粉无焰燃烧的数值模拟

用组分输运方法对煤粉的无焰燃烧进行了数值模拟,湍流采用Realizable k-ε紊流模型,颗粒相采用随机轨道模型,挥发分的析出采用化学渗透模型(CPD),湍流化学反应采用涡耗散模型(Eddy-Dissipation),煤粉颗粒表面燃烧模拟采用内表面化学反应动力学模型,辐射传热采用P-1辐射模型.结果表明,实验数据与数值模拟吻合良好;煤粉无焰燃烧时,燃烧反应发生在整个炉膛空间,炉内温度分布较均匀,温差为200K左右,燃烧呈现低O2浓度特征,NOx排放浓度较低.     

油气混合参数对柴油机低温燃烧过程的影响

应用三维CFD模拟研究了喷油和进气参数包括喷油压力、喷孔直径和进气压力对柴油机低氧浓度低温燃烧(LTC)过程的影响.结果表明:随着喷油压力增加或喷孔直径的减小,各氧浓度下缸内燃烧压力和温度峰值都增大;相同氧浓度条件下预混燃烧的强度增大,出现明显预混燃烧的氧浓度增大;相同氧浓度条件下的soot排放降低;缸内局部温度最大值增大,NOx排放增大.进气压力增大,缸内压力上升更快,但缸内平均温度略有降低,相同氧浓度下着火时刻提前,滞燃期缩短;燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善,相同氧浓度条件下燃油的燃烧更加完全,放出的总热量更多,燃烧效率明显提高;soot峰值和最终排放值都减小,NOx生成量进一步降低.     

加湿回流湍流扩散燃烧流场的实验研究

实验测量了加湿、不加湿状况下钝体后丙烷/空气湍流扩散燃烧流场,分析了两种燃烧流场的异同点.实验中采用粒子图像速度场(PIV)测量技术测量了钝体后加湿、不加湿扩散燃烧流场的速度分布,利用高温热电偶测量了两种流场火焰内部的温度分布,使用气体分析仪测量了两种流场的NO分布.结果表明:加湿扩散燃烧流场与不加湿扩散燃烧流场虽然总体相似,但加湿使得燃烧流场回流区中心的位置前移、回流区长度减小、燃烧区最高温度降低,并且使得燃烧室内的NO浓度降低;加湿有利于燃烧室轴向尺寸的缩小,提高了燃烧室内温度分布的均匀度,降低了污染物的排放.     

330MW四角切圆锅炉低NO_x优化改造数值模拟

针对某电厂330MW四角切圆锅炉NOx排放质量浓度高、炉内结渣严重的问题,提出基于多空气分级低氮燃烧技术的燃烧器改造方案,运用FLUENT软件对改造前后锅炉燃烧状况进行数值模拟.分析计算和试验数据得出:改造后,浓相一次风反切对炉内燃烧有一定影响,煤粉气流对水冷壁冲刷减弱,结渣现象明显改善;煤粉着火稳燃得到强化,主燃区CO质量浓度增大,炉内还原性气氛增强;燃尽区下部形成的NOx还原区对降低NOx排放质量浓度有积极作用;炉内最高温度下降80℃左右,NOx排放质量浓度降幅达47%左右.     

O2/CO2气氛下燃煤过程中NOx排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.     

掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响数值模拟研究

本文针对以天然气为燃料的燃气轮机使用掺氢燃料后的燃烧及其排放特性开展研究,基于DLN1.0燃烧室火焰筒,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H2体积含量0~30%一共7种工况)在恒定热功率和相同当量比条件下对天然气混合气燃烧过程的影响,获得火焰筒内流场、温度场和燃烧产物的分布参数以及对应关系。研究显示,随着掺氢比的增加火焰温度上升,燃烧反应区扩大,火焰筒出口处的温度分布均匀性变差;掺氢造成局部释热量的改变,会导致NOx的排放随着掺氢比的增加而呈现增加趋势;CO和CO2的排放量都有显著的减少,H2O的生成量显著增加。同时本文提出稀释燃烧的方法来解决由掺氢造成的一系列问题,研究不同当量比的工况下掺氢燃烧后的燃烧及排放特性变化,并计算得到各个掺氢比工况下最佳的当量比范围。研究结果为后续工业燃气轮机天然气掺氢燃烧技术的应用提供了理论指导。     

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．     

改善增压天然气发动机排放特性的途径

通过试验研究增压稀薄燃烧天然气发动机的排放特性,以及排气温度受过量空气系数λ的影响,研究结果表明:随着过量空气系数的增大,NOx与CO和HC的排放量变化趋势相反;压缩天然气发动机采用稀薄燃烧(λ＞1.0)技术的源排放能达到国Ⅲ标准,在加装普通三效催化转化器(TWC)后,其排放也只能达到国Ⅲ标准.原因是普通三效催化转化器只有在λ≈1.0时,其转化效率最高;米勒循环发动机的膨胀比大于压缩比,这有利于降低排气温度和提高热效率.因此,本文提出天然气发动机达到国Ⅳ排放标准一种新的技术路线:基于当量比燃烧(λ=1.0)的米勒循环技术,通过连续可变气门正时(CVVT)机构来调节气阀的开启和关闭时刻.采用该技术可以适当地增大发动机的压缩比,从而保证发动机的动力性和提高热效率,又可有效地降低排气温度,实现当量比燃烧,极大地提高了排放污染物在三效催化转化器中的转化效率,使天然气发动机排放达到国Ⅳ排放标准.     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，当掺氢比例达到一定值（即氢的体积分数为5％～10％）后，平均有效压力和热效率增加，此现象在稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和CO2的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的NQ的排放浓度随掺氢比的增加而有所降低，CO的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变。     

基于灰色关联的乙酰丙酸乙酯-柴油燃烧排放分析

采用柴油机台架试验,进行了乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料的燃烧排放试验,得到了混合燃料的运动粘度、密度、乙酰丙酸乙酯含量比例、含氧量、十六烷值、低位热值等燃料特性与耗油率,HC、NOx、CO、CO2等排放,尾气烟度等燃烧排放参数.利用灰色关联方法对燃料特性与燃烧排放参数的关系进行了分析,结果表明:油耗率受混合燃料的密度影响较大;NOx、CO和CO2等排放受混合燃料含氧量影响较大;HC排放和尾气烟度受混合燃料的运动粘度影响较大;含氧量是影响燃烧排放的主要参数;尾气烟度受混合燃料特性影响最为明显.利用灰色关联分析对试验进行分析,提高了混合燃料燃烧排放特性研究的全面性,为生物质基乙酰丙酸乙酯的替代燃料利用提供了一定参考.     

基于灰色关联的乙酰丙酸乙酯-柴油燃烧排放分析

采用柴油机台架试验,进行了乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料的燃烧排放试验,得到了混合燃料的运动粘度、密度、乙酰丙酸乙酯含量比例、含氧量、十六烷值、低位热值等燃料特性与耗油率,HC、NOx、CO、CO2等排放,尾气烟度等燃烧排放参数.利用灰色关联方法对燃料特性与燃烧排放参数的关系进行了分析,结果表明:油耗率受混合燃料的密度影响较大;NOx、CO和CO2等排放受混合燃料含氧量影响较大;HC排放和尾气烟度受混合燃料的运动粘度影响较大;含氧量是影响燃烧排放的主要参数;尾气烟度受混合燃料特性影响最为明显.利用灰色关联分析对试验进行分析,提高了混合燃料燃烧排放特性研究的全面性,为生物质基乙酰丙酸乙酯的替代燃料利用提供了一定参考.     

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.     

降低轻型柴油机排放污染的新技术

通过对发动机燃系统进行多方面的改进,如采用复合油嘴和特殊和燃烧室实现的快速燃烧技术,配合以调节喷油量和喷油时间的电控技术可使发动机的排放大幅度降低,采用缸内排气绝热技术,可提高原机功率,降低油耗。     

天然气掺氢火花点火发动机性能与排放研究

在一台燃用CNG／H2混合燃料的火花点火发动机上，开发了一个电子控制单元（ECU）来控制发动机点火提前角和混合气浓度，并研究了不同掺氢比（氢气的体积分数分别为0%、10％、20％和26％）对发动机性能和排放的影响．研究结果表明：天然气掺氢后发动机功率和有效热效率有所降低；在相同过量空气系数下，随着掺氢比的增加，发动机的最佳点火提前角推迟，HC、CO2排放得到降低，NOx排放有所增加．掺氢后可以提高发动机的稀燃极限，在稀燃下可以得到较低的HC、CO、CO2和NOx排放。