基于正交试验的双P型辐射管三级燃烧器低NOx仿真

为降低双P型辐射管NOx 排放,运用扩散式分段燃烧的低NOx 均匀化燃烧技术,设计一种辐射管三级燃烧器,对其进行数值模拟,经过验证模型可靠.对燃烧器结构及运行参数进行正交试验和单因素研究.研究表明：空气预热温度、空气分级配比和空气过剩系数对出口NOx 排放浓度有显著的影响,相互无交互作用;一次风量由10%增大到20%时NOx 生成量由65.2×10-6增加到108.2×10-6,一次风量增加到30%以上时出口NOx 体积分数增加速率趋缓;空气预热温度每增加100益,最高燃烧温度增加约50益,排放气体中NOx 体积分数由50.9×10-6以22%、23.2%、25.3%、27.2%、27.3%和29.5%的速率增加;随空气过剩系数增加,出口NOx 体积分数由82×10-6呈22.1%、1.9%、2.1%、24%和2.5%的波动增长趋势.     

带烟气循环的W型辐射管流动传热及NO_x排放特性

为解决W型辐射管温度均匀性差和NOx排放过高的问题,提出了一种新型带烟气循环的W型辐射管,建立了该辐射管的数学模型,并运用数值计算的方法进行了模拟研究.在验证模型可靠的基础上,对带烟气循环的W型辐射管和常规W型辐射管的流场、温度场和NOx排放进行了比较.结果表明:带烟气循环的W型辐射管气体平均流速是常规W型辐射管气体流速的3倍,有57.6%的烟气参与再循环;带烟气循环的W型辐射管中气体燃烧最高温度为2260 K,比W型辐射管低192K;带烟气循环的W型辐射管壁面温差为166 K,比常规W型辐射管的壁面温差小76 K;带烟气循环的W型辐射管的NOx排放量9.9×10-5,而W型辐射管的NOx排放达到7.98×10-4,高出将近7倍.     

高温低氧燃烧技术及其高效低污染特性分析

研究了一种高温低氧燃烧新技术,即采用蓄热室,预热助燃剂使其温度达到800℃以上;采用分级燃烧及炉内部分烟气回流的方法,使燃烧区氧体积分数降低至15％以下．分析结果表明该燃烧技术具有显著的节能、低污染特性,与未采取任何废热回收措施的传统燃烧技术相比,可实现节能60％以上,CO2排放量减少60％以上,NOx排放浓度低于30～50g／t．     

降低天然气蓄热式辐射管烟气中NOx的实验

天然气蓄热式辐射管可将助燃空气预热到接近1 000℃,如果不采取一些特殊的措施,烟气中NOx含量会很高。文中通过实验手段,研究了降低天然气蓄热式辐射管的NOx含量的措施,指出分级燃烧、烟气再循环、强化辐射管内传热等技术可有效的控制辐射管中NOx的生成。研究认为,进一步降低NOx含量,有两种方式可选择:一是在辐射管设置内衬管,同时通过加插入件,强化辐射管内燃烧的高温气体与管壁的传热来降低燃烧温度,从而降低NOx含量,并且该方法还有降低排烟温度的好处;二是在设置内衬管的基础上,通过烟气再循环,降低辐射管燃烧区的O2含量,减少NOx含量,且烟气再循环还有改善辐射管表面温度均匀性的效果。     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

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.     

分区分级双P型辐射管喷口结构位置特性

为了对分区分级双P型燃气辐射管喷口结构、位置进行优化,提高燃烧效率.首先对分区分级双P型燃气辐射管进行了实验和数值研究,结果发现,除NOx体积分数的误差为11.6%外,其他参数的偏差都在1%以内,证明该模型具有可靠性.在此基础上,通过研究主管和支管的喷口位置及喷口结构等参数,进行了气体温度和壁面温度的研究分析.结果显示:随着主管喷口位置向外移动,分区分级燃气辐射管表面温度的最高值逐渐减小,壁面温度的最低值逐渐增大.支管喷口位于三通管与支管交线处时,可以减少高温气体对辐射管管壁的冲击作用,提高支管径向的温度均匀性,延长辐射管使用寿命;主管喷口的形式为完全预混式喷口时,壁面温差最小;支管喷口的形式为不对称式时,分区分级燃气辐射管壁面温差最小,燃烧热效率最高.     

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH_4/O_2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH~*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N_2和CO_2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N_2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH~*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N_2稀释火焰相比,反应机理转变对CO_2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。     

变组分进气充量对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台单缸风冷柴油机上,采用不同体积分数的富氮和富氧进气,对变组分进气工质的燃烧和排放特性规律进行了归纳分析.结果表明:从富氮状态开始,随着进气工质中O2体积分数的增加,着火延迟期缩短,压力升高率峰值和压力峰值增加,富氮造成的着火延迟效应比富氧造成的着火提前效应更显著,各排放物参数的变化率随进气O2体积分数的变化率均呈现二次多项式关系;在富氧阶段,进气O2体积分数增加降低HC,CO和排气烟度的效果渐趋缓慢,但在富氮阶段,随着富氮程度加大,HC,CO和排气烟度却急剧恶化,而NOx排放则在富氧阶段急剧上升而在富氮阶段下降缓慢;大负荷工况下受供氧制约,进气O2体积分数变化对CO和烟度排放变化率的影响作用增强,而由于小负荷工况下进气O2体积分数变化对缸内温度影响更显著,造成HC和NOx排放变化率更敏感.     

掺烧布朗气对轻型车加速过程排放的影响

考虑到布朗气具有内爆及催化等特性,以柴油机轻型车为研究对象,将布朗气引入柴油机进气总管,参与缸内燃烧,以研究布朗气对轻型车加速过程中排放性能的影响.在转毂试验台上,测量了掺混布朗气前后的轻型车NOx,THC,CO排放随整车加速过程的变化情况.结果表明:车速从13km·h-1加速到27 km·h-1的过程中,NOx体积分数下降4.8%,THC体积分数不变,CO体积分数升高5.6%;车速从23 km·h-1加速到40 km·h-1时,NOx体积分数下降4.1%左右,THC体积分数变化不明显,CO体积分数升高4.0%左右;由40 km·h-1加速到62 km·h-1的过程中,NOx体积分数下降8.1%,THC体积分数降低5.3%,CO体积分数降低3.0%.     

分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究

采用现有的双P型辐射管进行燃烧实验,并进行相应的CFD仿真对比,结果显示NOx体积分数的数值计算与试验结果误差最大为3.6％,其他参数的偏差均在1％以内.将空气分级的理念应用于双P型辐射管,设计一种带支管的分区分级燃气辐射管,并对其流动和传热特性进行仿真研究.结果表明:支管通入空气量占总空气量的25％时,辐射管壁面温差最大,热效率最高;支管通入燃气量为20％时,辐射管壁面温差最小,壁面温度均匀性最好;支管以相同空燃比同时通入空气和燃气,且支管通入空燃气量为总燃气量的25％时,整个辐射管内气体温度分布最均匀;支管通入空燃气量占总气体量从5％增加到35％的过程中,壁面温差先降低后缓慢增加,支管通入燃气量为20％时辐射管壁面温差最小.     

分区分级燃气辐射管模型验证及仿真研究

本文首先对双P型辐射管进行实验和数值研究,发现除NOx含量的误差偏大外,其他参数的偏差都在1%以内,证明该模型具有一定的可靠性.在此基础上,将空气分级的理念应用于双P型辐射管,提出一种带支管喷口的分区分级燃气辐射管,并建立相应的数学和物理模型.对比双P型辐射管和分区分级辐射管的模拟结果显示：分区分级燃气辐射管和双P型辐射管内气体的平均流速分别为25.8 m·s-1和21.0 m·s-1,热效率分别为65.9%和64.2%;分区分级燃气辐射管壁面最高温度为1047℃,壁面最大温差为73℃,比双P型辐射管降低15℃,分区分级后气体平均流速增大,提高了直管和回流管管段的烟气温度和壁面温度,具有更好的温度均匀性.     

稀释气对高甲烷含量天然气燃烧特性的影响

针对高甲烷含量天然气在实际发动机中燃烧温度过高、NOx排放过高的问题,利用定容燃烧弹实验和Chemkin软件模拟计算相结合的方法,对其预混层流燃烧特性进行研究,分析了不同稀释比和稀释气种类(N2和CO2)对混合气的层流火焰速度、NOx摩尔分数、燃烧压力和燃烧期等燃烧特性参数的影响。研究表明,层流火焰速度、质量燃烧率和热释放率均随稀释比的增加而减小,稀释气添加导致火焰温度下降,从而降低了NOx摩尔分数。Markstein长度和火焰厚度都随稀释比的增加而增加,火焰流动不稳定性得到抑制。添加稀释气导致燃烧压力峰值和压力升高率降低、燃烧期延长,与N2相比,CO2对混合气燃烧特性的稀释效果更加显著,从而为通过废气再循环技术路径降低高甲烷含量天然气发动机燃烧温度,控制NOx排放提供了理论指导。     

350 MW电站燃煤锅炉NOx反应特性研究

对350 MW电站四角切圆燃煤锅炉的NOx反应特性进行了试验和数值模拟.结果表明:燃烧器氧的体积分数从3%增大到5%,NOx排放体积分数从392×10-6上升到535×10-6(氧占6%),上升幅度为33.8%.出口氧量(体积分数)为4%时,锅炉的飞灰含碳量最小,燃烧效率最高.随着氧量的增大,炉膛中心温度、炉膛截面平均温度和炉膛截面最高温度等沿高度的分布有减小的趋势,氧量从3%增大到5%,炉膛中心火焰温度的最大减小幅度为180℃.而随着氧量的增大,炉膛中心NOx体积分数、炉膛截面平均NOx体积分数和炉膛截面最大NOx体积分数等沿高度的分布有增大的趋势.炉膛截面最高温度和最大NOx体积分数沿高度的分布出现在燃烧器区域.截面平均温度和截面平均NOx体积分数沿高度分布的最大值出现在燃烧器上方5~10 m处.燃烧器区域炉膛横截面上NOx最大值出现在旋转火焰的环形区域,中心和四周的NOx体积分数较小,炉膛纵截面上的NOx最大值出现在燃烧器组喷口附近.燃煤锅炉的NOx主要在燃烧器区域生成,燃烧器区域的NOx生成速率是燃尽区域的3~5倍.     

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.     

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。     

CO-NO_x-SO_2体系化学平衡分析

对CO-NOx-SO2体系进行化学平衡分析。研究结果表明:CO,NOx和SO2之间可以很好地相互作用从而使得3种污染物同时脱除;烟气中NOx比SO2易于被CO还原,增加CO的体积分数φ(CO)或降低温度有利于SO2的还原,燃煤烟气自身的CO足以在1 000 K以下还原其中的SO2和NOx;脱硝产物仅为N2,脱硫产物主要为单质硫和COS,提高反应温度可以抑制副产物COS的生成;随着烟气中NOx或SO2体积分数增大,脱硝率维持在100%,脱硫率有所降低,但脱硫产物均主要为单质硫。     

Pt/Ba/Ce/γ-Al_2O_3催化剂H_2-NSR性能影响因素的试验分析

将改进的溶胶-凝胶法与等体积浸渍法相结合制备了Pt/Ba/Ce/γ-Al2O3钙钛矿催化剂,研究了其表面性能;采用NOx存储还原循环试验的方法,以氢气为还原剂,研究了还原剂体积分数、还原时间和空速等反应条件,以及以CO2与HC为代表的发动机排气成分对催化剂存储还原特性的影响.结果表明:所制备的Pt/Ba/Ce/γ-Al2O3催化剂具有良好的催化活性及较大的比表面积;在所研究的范围内,不同还原剂体积分数下存在NOx转化率最高的最佳还原时间,而且随着还原剂体积分数增加,最佳还原时间逐渐缩短;还原剂体积分数的增加将会加速NOx的脱附,若还原剂体积分数过高,则会造成部分NOx溢出过快,还原时间不足而引起转化率降低;在7.0×104 h-1的大空速条件下,NOx转化率仍可以保持在86.9%,Pt/Ba/Ce/γ-Al2O3催化剂的空速特性良好;CO2在一定程度上抑制了NOx的存储,影响催化剂的活性,但催化剂容易再生;采用C3H6模拟排气中的HC,其体积分数较低时对H2还原NOx具有抑制作用,当C3H6的体积分数较高时可以促进NOx的还原转化.     

高温空气燃烧技术改造均热炉方案研究

系统研究了高温空气燃烧技术改造均热炉的各种方案 .提出这种新型燃烧技术必须充分考虑系统布置、炉膛结构、炉内烟气流动及传热过程、工件加热工艺过程等因素 .通过大量的数值模拟试验 ,发现在各种改造方案的入炉热量与原均热炉相等的情况下 ,当空气、燃气温度分别被预热到 12 73K和 10 73K时 ,炉内的最高温度相对较低 ,而炉内平均温度相对较高 ;温度分布不均匀系数Rtu从 33.18降到了 18.0 0左右 .在空气预热温度相同情况下 ,燃气预热温度越高 ,NOx 排放量越大 .最后 ,提出了均热炉燃烧系统的改造方案 ,并进行了非稳态燃烧过程数值模拟研究 .     

新疆吐哈盆地中侏罗世古大气CO_2重建

新疆吐哈盆地北缘中侏罗世早期的三道岭植物群中包含大量的银杏类和茨康类植物,从银杏类中选择一种似银杏属植物(似银杏(未定种)),同时从茨康类中选择两种拟刺葵属植物(华丽拟刺葵和狭叶拟刺葵)分析角质层特征,获取3种植物的气孔参数值.似银杏属的气孔指数为4.1%,而华丽拟刺葵和狭叶拟刺葵的气孔指数非常接近,分别为4.8%,4.7%.利用似银杏属和拟刺葵属植物的气孔指数(平均值分别为4.10%,4.75%)开展气孔指数法和气孔比率法重建新疆吐哈盆地中侏罗世早期的古大气CO2体积分数.气孔指数法获得的CO2体积分数分别为4.510×10-3,3.523×10-3,均落在GEOCARBⅢ可信误差范围之外.气孔比率法重建的CO2体积分数分别为1.770×10-3,1.530×10-3,处于GEOCARBⅢ可信误差范围之内,说明对于恢复侏罗纪的CO2体积分数而言,气孔比率法比气孔指数法更加可靠.比较气孔比率法获得的两个CO2体积分数,发现1.770×10-3比1.530×10-3更接近GEOCARBⅢ的最佳拟合线,表明银杏类植物化石获得的古大气CO2体积分数更加准确.最后,确定出新疆吐哈盆地中侏罗世阿连期到巴柔期的CO2体积分数为1.770×10-3.