低热值燃料稳定燃烧的研究现状与进展

随着经济的持续发展,我国的能源需求不断增加.即便煤炭产量以及石油进口量都在不断刷新也难以保障能源的安全供给.因此,节约能源,扩大可利用的能源资源范围,对我国的经济建设极为重要.低热值燃料的应用能提高能源利用效率,但其热值低,稳定燃烧难以控制,需要在组织燃烧场、拓展可燃极限、稳定燃烧方面争取技术突破.本文将低热值燃烧技术分成两类进行了综述,一类是优化着火条件,一类是优化燃烧场结构,并介绍了国内外的一些低热值燃料燃烧实例,探讨了这方面的应用基础研究和技术开发现状.     

MILD燃烧的最新进展和发展趋势

MILD燃烧技术同时实现了极低的NOx排放和高的燃烧热利用效率,被国际燃烧界誉为21世纪最有发展前景的燃烧技术之一.然而,由于对MILD燃烧的基础研究不深入,目前普遍存在实现MILD燃烧需高温预热空气的误解,这制约了该技术的进一步应用.基于笔者对MILD燃烧的最新研究和理解,现已初步建立MILD燃烧的一些基本条件,展示了无需对现有工业系统进行过多改动就即可实现该技术的前景,确认了将该技术拓宽到多种燃料（包括气体、液体和固体燃料）、各种燃烧方式（包括扩散燃烧、部分预混燃烧和完全预混燃烧）和多种燃烧应用领域（如燃气轮机、电站锅炉、供热锅炉、内燃机、各种工业加热炉和各种民用燃烧器）的可能性.本文简要地综述了国内外MILD燃烧的发展历史、研究现状和发展趋势,给出了利用MILD燃烧技术进一步发展高效低污染燃烧系统的建议.     

无焰燃烧模型燃烧室动态特性分析

无焰燃烧技术是一种新兴的超低NOX排放燃烧技术,其优点在于:1)能够同时实现CO与NOX的超低污染排放;2)具有宽泛的燃料适应性,可以燃烧包括中低热值富氢燃料在内的多种燃料;3)燃烧稳定,不存在热声振荡与回火等问题.本文设计了一个采用无焰燃烧技术的燃烧室并对该燃烧室在不同工作模式下的动态压力特性进行测试分析.结果说明,无焰燃烧技术能够在达到极低污染排放同时,仍然稳定燃烧,不发生热声振荡,是一种有前途的超低污染燃烧技术.而当燃烧室中存在值班燃料时,在某些工况下会产生热声振荡.     

可燃物质脉冲爆轰发电系统及由其构建的自然能源开发利用模式

通过对自然能源的开发应用研究，推出一种“可燃物质脉冲爆轰发电系统。该系统利用可燃物质与空气（氧气）比例混合后，在爆轰室内的脉冲爆轰取代燃料的缓慢燃烧，使燃料能得到充分利用。由于该发电系统是以可燃物质与空气（氧气）比例混合以爆轰的方式做功，从而使得其燃料范围极为广泛且来源丰富，一切可燃物质都能作为该发电系统的燃料，甚至像垃圾、纸木屑、植物的根、叶、径和干燥草木等能作为本发电系统的燃料而变废为宝。提出了一种构建在可燃物质脉冲爆轰发电系统之上的一种自然能源开发利用模式，将使得具有间断性、波动性和分散性的能源如：太阳能、风能、潮汐能、海（江河）流能、海水温差能、地热能、空间电磁波和雷电能等具备了工业开发利用价值。并使得液态金属汞等成为一种较理想的可再生燃料。     

细水雾作用下固体池火熄灭时间的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪测量距离细水雾喷嘴不同位置的雾场特性(雾滴速度、雾滴粒径), 选择东北红松和PMMA作为固体燃料研究了细水雾与固体池火的相互作用过程, 重点考察燃料特性、细水雾施加流量以及喷嘴距离燃料试样表面的高度对熄灭时间的影响. 结果表明, 随着细水雾流量的增加, 灭火时间均下降, 在同一个流量条件下PMMA的灭火时间比松木长. 在小流量的情况下, 喷嘴离燃烧试样表面越远, 灭火时间越短. 固体池火的熄灭主要由于燃料表面的冷却.     

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO₂机理，分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性；基于Aspen Plus软件，NiO/Ni为载氧体，建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，对煤置换燃烧分离CO₂进行了模拟，研究了燃料反应器温度、水煤比、空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率、以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响；研究结果表明，随着燃料反应器温度的提高，燃料反应器气体产物中H₂O体积含量略有升高，相应的CO₂体积百分比下降，CO的含量上升比较迅速；煤中硫转化成SO₂和H₂S排出，两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系，SO₂随反应温度升高而逐渐递增，而H2S逐渐递减；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减，而与水煤比呈线性增加关系，研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考。     

大速差射流装置对固体粉末冲压发动机燃烧性能的影响分析

采用颗粒轨道模型对固体粉末冲压发动机的两相流场进行了三维数值模拟,研究了大速差射流稳燃装置对发动机掺混燃烧性能的影响.计算结果表明,大速差射流稳燃装置提高了粉末燃料与空气的掺混程度,同时增大了粉末燃料在发动机中的停留时间,大幅度提高了粉末冲压发动机的燃烧效率,发动机燃烧效率达到89.3%.     

标准吸湿含水率对膨胀土进行分类的理论与实践

通过一系列膨胀土的物理、力学和化学性质试验, 发现膨胀土的标准吸湿含水率与膨胀土的蒙脱石含量、比表面积、阳离子交换量有良好的线性关系, 也与塑性指数和自由膨胀率有线性相关的趋势, 表明膨胀土的标准吸湿含水率具有明确的物理意义. 塑性指数能很好地反映粒度组成、分散特性和阳离子与黏土矿物的相互作用程度. 因此, 标准吸湿含水率能反映膨胀土的最基本的本质属性. 在一些文献分类成果的基础上, 考虑到对自由膨胀率分类成果的继承性, 提出了以标准吸湿含水率、塑性指数和自由膨胀率3个指标对膨胀土进行分类的方法, 其分类指标试验操作容易、设备简单、试验耗时短.     

高室压发动机系统适用性研究

应用Gibbs自由能法和喷管冻结流动模型,时双组元液体发动机推力室进行了热力气动计算;以系统总质量为目标函数,建立了姿轨控推进系统仿真模型,分析了推力室压强对系统性能参数的影响. 结果 表明：在空间尺寸受限条件下,提高推力室压强,可有效缩小推力室尺寸,增加喷管面积比,提高发动杌比冲和系统总体性能.但当推力室压强较高时,这种效果减缓,同时推进系统总质量增幅较大,设计时应综合权衡.     

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理，分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性；基于Aspenplus软件，NiO／Ni为载氧体，建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，对煤置换燃烧分离CO2进行了模拟，研究了燃料反应器温度、水煤比和空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响；研究结果表明，随着燃料反应器温度的提高，燃料反应器气体产物中H2O体积含量略有升高，相应的CO2体积百分比下降，CO含量的上升比较迅速；煤中硫转化成SO2和H2S排出，两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系，SO2随反应温度升高而逐渐递增，而H2S逐渐递减；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减，而与水煤比呈线性增加关系，研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考．     

Fe-Mn-Si 形状记忆合金fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变的临界驱动力

应用周国治提出的新溶液模型计算所得的Fe Mn Si中γ和ε相的Gibbs自由能 ,并考虑了Si的影响 ,重新导出了γ和ε相随温度变化的热力学参量 .用最小均方根方法将实验值拟合得到合金γ相的Neel温度与组分浓度 (摩尔分数 )的关系式 :TγN=6 7xFe 5 40xMn xFexMn[76 1 6 89(xFe-xMn) ]- 85 0xSi.计算得到不同组分Fe Mn Si合金马氏体相变的临界驱动力ΔGγ→εc ,即合金在Ms 温度γ和ε相的自由能差 ,例如 ,Fe 2 7.0Mn 6 .0Si合金的ΔGγ→εc =- 1 0 0 .99J/mol,Fe 2 6 .9Mn 3.37Si的ΔGγ→εc =- 1 2 2 .1 1J/mol.ΔGγ→εc 与组分的依赖关系符合低层错能合金中fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变的临界驱动力表达式 ,即ΔGγ→εC =A·γ B ,其中γ是层错能 (SFE) ,A和B为与材料相关的常数 .     

大涡模拟在超音速燃烧领域的应用研究

随着大涡模拟技术发展日臻成熟及目前计算机运算速度的提高,大涡模拟已经逐渐由理论研究阶段进入工程实用阶段.采用大涡模拟进行超音速燃烧数值模拟时,必须能够准确模拟小尺度上的燃料/空气湍流混合过程及化学反应动力学过程.本文回顾了大涡模拟中的主要亚网格模型及亚网格燃烧模型,总结了国内外采用大涡模拟在超音速燃烧研究领域的应用情况,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考.     

两相燃烧的大涡模拟

两相燃烧大涡模拟研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟相比,大涡模拟可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且很多情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计结果.湍流燃烧大涡模拟的一个关键问题是亚网格模型,特别是燃烧模型.不同研究者提出了或者应用了不同的燃烧模型,但是有的模拟结果缺乏仔细的实验验证,有的统计结果和实验不符合.提出了二阶矩(SOM)燃烧模型,分别成功地用于气体湍流燃烧和液雾燃烧的大涡模拟,显示其优于其他模型.并对近年来气体燃烧、液雾燃烧、煤粉燃烧和油滴燃烧大涡模拟的研究给出了简要的综述.     

长江干流梯级水库群联合调度

随着2012,2013年金沙江下游向家坝、溪洛渡水库的建成投运,形成了世界上规模最大的流域梯级水库群-长江干流梯级水库群(溪洛渡-向家坝-三峡-葛洲坝).长江干流梯级水库群防洪库容277亿m~3、调节库容239亿m~3、总装机43835 MW,具有防洪、发电、航运、供水和生态等巨大的综合利用效益.近几年,基于梯级水库群联合蓄放次序调度理论,采用库容效率法对长江干流梯级水库群在联合防洪、蓄水和消落等方面进行了初步探索和实践.结果表明:长江干流梯级水库群的联合调度不仅能充分保障长江流域的防洪安全与淡水资源安全,同时也能有效改善长江流域生态环境,发挥长江航运"黄金水道"的作用,以及进一步提高长江流域水资源利用率,服务国家"西电东送"、"节能减排"能源战略,为促进长江经济带的战略发展发挥重要作用.     

自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极体系

本文中采用多碘离子(I3-)为阴极电子受体,利用碘离子(I-)可以在太阳光照条件下跟氧气生成多碘离子的特性,提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池阴极体系;并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进行了实验研究.结果表明,多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高于铁氰酸钾(K3[Fe(CN)6])为电子受体时的性能;并且在太阳光照条件下,多碘离子可以利用太阳能快速循环再生,是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体.同时实验发现多碘离子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响,在本实验条件下,多碘离子浓度越高,微生物燃料电池性能越好;并且通过线性扫描实验可知,在自然光照条件下,多碘离子向阴极表面的扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素.     

两相燃烧的大涡模拟

两相燃烧大涡模拟研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟相比,大涡模拟可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且很多情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计结果.湍流燃烧大涡模拟的一个关键问题是亚网格模型,特别是燃烧模型.不同研究者提出了或者应用了不同的燃烧模型,但是有的模拟结果缺乏仔细的实验验证,有的统计结果和实验不符合.提出了二阶矩(SOM)燃烧模型,分别成功地用于气体湍流燃烧和液雾燃烧的大涡模拟,显示其优于其他模型.并对近年来气体燃烧、液雾燃烧、煤粉燃烧和油滴燃烧大涡模拟的研究给出了简要的综述.     

细水雾作用下固体池炎熄灭时间的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪测量距离细水雾喷嘴不同位置的雾场特性（雾滴速度、雾滴粒径），选择东北红松和PMMA作为固体燃料研究了细水雾与固体池火的相互作用过程，重点考察燃料特性、细水雾施加流量以及喷距离燃料试样表面的高度对熄灭时间的影响。结果表明，随着细水雾流量的增加，灭火时间均下降，在同一个流量条件下PMMA的灭火时间比松木长。在小流量的情况下，喷嘴离燃烧试样表面越远，灭火时间越短。固体池火的熄灭主要由于燃料表面的冷却。     

碳氢火焰中碳黑检测方法评述

碳氢燃料不完全燃烧所产生的碳黑是一种仅次于二氧化碳的温室物质,开展碳氢火焰中碳黑的检测研究对于充分理解碳黑生成机理、控制碳黑排放有着重要的作用.本文综述了碳氢火焰中碳黑检测的常用方法,包括：热泳探针取样及电镜分析、热电偶颗粒密度法、消光法、激光诱导炽光法、双色法、发射CT法,并详细介绍了各种检测方法的基本原理及应用状况.碳黑检测的发展趋势是要实现对碳氢火焰中温度、碳黑浓度、碳黑尺寸等多参数的多维分布的在线检测;不仅要面向实验室小型燃烧火焰,还要面向工业应用中大尺度火焰;而且对于高压、零重力、微重力等燃烧火焰也要提供合适的检测手段.     

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题，利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明，混合滤饼在炉内燃烧情况良好，实现了油泥彻底的无害化和燃料化，而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高，为油田的油泥处理处置提供全新的途径。     

金属纳米晶的相稳定性

根据热力学平衡条件, 建立了金属纳米晶的相平衡方程. 应用Fetch和Wagner的界面膨胀模型以及Smith和其合作者建立的普适状态方程, 对纳米晶界面的热力学量进行计算, 由此获得金属高温相可在较低的温度下存在的临界尺寸. 通过对元素Co的β相(fcc结构)和α相(hcp结构)纳米晶Gibbs自由能的计算表明, β相可在室温存在的临界尺寸和纳米晶界面处的过剩体积(ΔV)有关. 当ΔV 取10%时, β相应在35 nm以下稳定存在. 与Katakimi的实验较为符合. 对影响βCo稳定性的因素也作了讨论.