固硫煤的燃烧特性及动力学研究

以西安煤为研究对象,利用热重分析仪,对煤的燃烧特性进行实验研究.分析了固硫剂和添加剂对煤燃烧特性的影响,不同条件下的燃烧特性参数,如着火温度、燃烧最大速率、燃烬点等,为进一步研究煤的实际燃烧过程提供基本的实验数据.     

煤炭催化燃烧实验研究

利用热重分析法研究了高锰酸钾、硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣等对煤炭的催化燃烧性能和动力学的影响.结果表明:该三种物质都可以在一定程度上降低煤炭燃烧的着火点、最大失重速率温度和燃烬温度.分析了这三种物质中起催化燃烧作用的主要物质成分,并对各成分的催化燃烧机理进行了探讨.     

氧和水蒸气浓度及升温速率对生物质燃烧的影响

采用热重实验法,实验研究了升温速率、氧浓度和水分浓度对生物质燃烧的影响.研究结果表明,升温速率过大时会发生热滞后现象,着火倾向发生在颗粒表面,对燃烧特征温度、失重速率和剩余质量百分数均有影响;当氧浓度较大时,氧向固体层的质量传递作用加强,使得挥发分与固体层同时发生燃烧,燃烧速率明显增大而燃烬温度降低;水分浓度影响了生物质的燃烧,湿空气燃烧不稳定的原因是水分的凝结与蒸发,湿空气燃烧会造成炉膛热负荷波动.     

生物质型煤的制备及燃烧性能研究

采用冷压成型工艺在一定的压力下生产出生物质型煤，并对型煤的燃烧性能进行了试验研究。结果表明，固硫型煤的TG，DTG曲线变化趋势相似，都出现两个明显的失重峰：挥发分析出阶段和煤焦燃烧阶段。一般在310-320℃范围内挥发分析出达到最大，在，520-530℃范围内，煤焦燃烧失重速率最大。由于固硫反应的增重和型煤燃烧的失重的相对变化，导致第二个失重峰变化比较平缓，且失重温度范围较宽。不同Ca／S比的样品试验结果相比，Ca／S=2样品的最大失重点温度要比Ca／S=1．5样品的最大失重点温度要低；同一Ca／S比下，随着生物质量的增加，相应失重峰的峰值增加，最终失重百分比增加。     

烟梗微波膨化基本规律的研究

烟梗是烟草生产的副产物,对其进行膨胀制粒作为烟卷的填充料不仅提高了装填体积和燃烧性能,而且还能降低成本和改善卷烟品质。采用微波膨化方法研究了烟梗膨化的影响因素和基本规律,实验表明烟梗含水率对烟梗微波膨化率有重要影响,烟梗含水率在18%~21%之间膨化效果最佳,膨化烟梗无碳化现象;微波膨化时间也是影响烟梗膨化重要因素,最佳膨化时间约为70~80 s;在烟梗微波膨化过程中,温度发生明显变化,当温度为85~95℃时,烟梗膨化显著,温度的变化可作为一个重要控制参数;加入适量膨化剂不仅提高烟梗膨化率,而且改善了烟梗膨化质量,膨化剂对烟梗微波膨化有重要作用。微波膨化烟梗加热均匀、快速,温度易控,设备体积小,因此微波膨化烟梗将具有一定的应用前景。     

粉煤粒度对其燃烧特性的影响

就粉煤粒度对其燃烧特性的影响进行了实验研究，得到了粉煤燃烧火焰温度、粉煤颗粒燃烬度、燃烧产物中NOx生成量与粉煤粒度之间的关系。这些实验结果对进一步认识粉煤的燃烧机理、燃烧过程及其污染物排放具有重要意义。     

烟梗的热解特性分析

用同步热分析仪对打叶复烤生产副产品烟梗在不同升温速率条件下进行了热解试验,并分析了热解过程及其动力学规律.结果表明,烟梗的热解包括脱水、剧烈失重和缓慢失重3个过程,10℃/min、15℃/min和20℃/min升温速率下的热解峰值温度和热解指数均随升温速率的增加而增大,采用改良的Coats-Redfern积分法进行动力...     

生物质与煤的混合燃烧实验研究

为了解生物质和煤的混燃特性,利用热天平对生物质、煤及其混合试样进行了热重实验研究,考察各试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,并对实验数据进行了分析处理,求出了反应的动力学参数活化能E和频率因子A.结果表明,同烟煤比较,生物质有较低的燃烧特征温度和较快的燃烧速率;在烟煤中加入生物质共燃后,着火燃烧提前,同时可以获得更好的燃尽特性.     

二甲基醚发动机工作过程的数值模拟研究

以二甲基醚着火反应机理和热力学燃烧模型为基础,建立了二甲基醚着火数据库及发动机工作过程的数学模型,藉此进行了发动机的循环模拟计算．计算结果与验证实验结果对比表明,Wiebe模型、Watson模型和Whitehouse-Way模型均可应用于二甲基醚发动机工作过程的模拟计算．应用化学反应动力学模型对DME发动机着火过程模拟计算结果所建立的着火数据库表明,滞燃期是缸内温度、压力和燃空当量比的函数,在一定的燃空当量比范围内,着火滞燃期随燃空当量比增大而变小．而采取将着火数据库与Watson燃烧子模型相耦合的模拟计算能够与实验结果相吻合。     

煤与生物质掺混燃烧特性

为实现能源高效清洁利用,利用热重分析法分别研究不同煤(兰炭、大同无烟煤)和生物质(稻壳、烟梗和玉米芯)以及二者混燃性能,分析生物质掺混种类、水洗预处理、掺混比例和升温速率对煤与生物质掺烧的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性以及动力学特性的影响。结果表明:相比于煤单独燃烧,生物质与煤掺烧的着火温度和燃尽温度降低,煤的燃烧性能有所改善;预处理使燃烧曲线向高温区偏移,碱金属元素对燃料热解燃烧存在催化作用;随着稻壳掺混比例的提高,煤与生物质掺烧特性得到进一步提升,混合燃料反应活化能降低;提高升温速率,兰炭与稻壳燃烧曲线向高温区移动,综合燃烧特性指数增大,混合燃料反应活化能进一步减小;30%稻壳和70%兰炭混合燃料在升温速率20℃/min下燃烧产生协同效应。实验结果为煤和生物质在火力发电行业的应用提供参考和理论依据。     

柴油机燃用乙醇-柴油-汽油混合燃料的试验研究

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,在单缸四气门135柴油机上对燃用不同配比混合燃料及使用不同油嘴型式进行了性能试验。结果表明:燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,柴油机动力性、经济性基本不变,碳烟和NOx排放下降明显;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NOx排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。     

二异丁烯均质压燃着火与燃烧特性分析

运用数值方法对均质压燃条件下二异丁烯（Diisobutylene ,DIB）的着火与燃烧特性进行了研究。数值计算结果与相应实验结果吻合较好,说明数值计算合理可靠。分析了初始压力、当量比、燃料组分对二异丁烯着火特性的影响,以及二异丁烯在HCCI发动机条件下的燃烧特征。结果表明,随着初始压力、当量比的增加,二异丁烯着火延迟期缩短;燃烧达到的最高温度随着当量比增加而提高,但不受初始压力变化的影响。在均质压燃条件下,二异丁烯同分异构体DIB 1着火先于DIB 2,二异丁烯混合物燃料着火延迟时间依赖于二异丁烯同分异构体组分的比例关系。二异丁烯是单阶段着火燃料,DIB 2最大放热率低于DIB 1,但仍能提供良好的动力性能。     

柴油机燃用乙醇-柴油-汽油混合燃料的试验研究

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料，在单缸四气门135柴油机上对燃用不同配比混合燃料及使用不同油嘴型式进行了性能试验。结果表明：燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料，柴油机动力性、经济性基本不变，碳烟和NOx排放下降明显；着火滞燃期延长，缸内平均温度下降，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短；当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时，着火滞燃期进一步延长，油气混合速率和混合气均匀度明显提高，在整个工况范围内，气缸压力和缸内平均温度均较低，碳烟和NOx排放同时降低，其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。     

基于准维多区模型的DME发动机燃烧数值模拟

提出了一种基于准维多区模型的直喷式二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟方法,其中喷雾模拟考虑了燃油分布、液滴蒸发和空气卷吸对喷雾混合的影响。自燃着火过程的模拟以二甲醚着火反应机理为基础,建立了计及温度、压力和燃空当量比因索的着火滞燃期数据库,通过将该数据库与准维多区喷雾混合模型相耦合,对二甲醚发动机的性能和一氧化氮排放进行了预测分析．实验结果表明,模拟计算结果与实测数据符合较好．     

正庚烷均质压燃燃烧特性和排放特性的实验研究

为进一步了解高十六烷值燃料均质压燃的燃烧特性和排放特性，以正庚烷（n-heptane）为燃料，在一台改装的单缸直喷柴油机上进行正庚烷均质压燃台架实验．结果表明，正庚烷在均质压燃模式下表现出明显的双阶段着火特性；随着混合气浓度增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值升高；随着发动机转速升高，燃烧放热率峰值先降低后升高，高转速的缸内最大爆发压力降低；当废气再循环率增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值均降低，废气再循环使正庚烷均质压燃的运转工况范围向大负荷工况扩展，废气再循环率为75％正庚烷均质压燃运转的最高平均指示压力为0．41MPa．排放测试表明，正庚烷在均质压燃模式下的氮氧化物排放接近零，且可以实现无碳烟排放，但碳氢化合物和一氧化碳排放较高．     

天然气再燃低NOx技术的冷模试验分析

在一个几何比例为1：12．5的220t／h切向燃烧深粉锅炉冷模试验台上,通过喷入不同温度的气流并测量炉内温度场,模拟了不同喷射方式和喷射流量时的再燃气体、燃烬气流与主气流之间的混合特性。试验结果表明,前后墙方向喷出的再燃气流与主气流之间形成了快速互均匀的混合,但主燃烧区空气动力场变化较大;切向喷出的再燃气流更适合于切圆燃烧深粉锅炉;四角切向喷入燃烬风对燃烬有利。本文还对再燃气流的喷射量、喷射位置对混合效果的影响,进行了讨论。     

稀燃条件下甲烷-空气预混射流的着火特性

基于可控热氛围燃烧试验系统,探究射流当量比、射流速率和协流速率对甲烷-空气预混射流着火特性的影响。根据试验规律对天然气发动机稀薄燃烧的控制策略提出优化建议,以减少失火现象的发生。结果表明：随着协流温度的升高,甲烷-空气预混射流的稀燃极限降低而富燃极限升高,符合大多数碳氢燃料预混合气的着火界限分布规律。不同的射流速率和协流速率下均存在临界当量比,当低于临界当量比时,着火温度随射流当量比的升高而显著降低,当高于临界当量比时,着火温度趋于稳定。在较低的射流当量比工况（0.20 ~ 0.62）下,提高射流速率可以降低着火温度从而优化着火性能。     

生物质残余物燃烧特性热重分析

为了掌握农林废弃物燃烧利用的规律,对稻壳、竹子及松树粉样燃烧条件下进行热重实验,并就其着火性、可燃性、稳燃及燃尽性进行分析研究。研究结果表明:竹子粉末的着火温度低,只有240.57℃,其可燃性及稳燃性要比松木粉及稻壳粉好很多;松木粉的燃尽特性指数为竹子粉末及稻壳粉0.70~0.75倍,因此,挥发分析出过程吸热量大则其中重质烃组分含量高,对着火和燃尽都不利;灰分对于调整生物质中挥发分的析出具有促进作用,但不利于生物质燃料的燃尽。     

煤粉压力燃烧特性及动力学分析

利用加压热重分析天平,采用非等温燃烧方法对国内某钢铁厂高炉典型喷吹煤粉的燃烧特性及反应动力学参数进行了实验研究。研究了在0.1,1.1,2.1,3.1,4.1 MPa压力等级下试样煤粉的着火温度、最大燃烧速率温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数(S)、最大燃烧速率等燃烧特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。结果表明,北区煤粉在压力等级由0.1 MPa升至4.1 MPa的燃烧过程中,着火点温度最多下降了85.7K,失重峰值温度最多提前了249.3K,燃尽温度最多下降了375K,最大燃烧速率最多提升了10倍,燃烧特性指数最大为常压下的33.6倍;两段热解活化能和指前因子的对数值之间存在动力学补偿效应;煤粉的反应控制条件及燃烧方式转变的临界压力为3.1MPa。     

正十二烷喷雾火焰中碳烟的瞬态生成特性

针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷喷雾燃烧火焰中的碳烟体积分数、碳烟温度和碳烟速度场的瞬态分布;数值计算方面,基于OpenFOAM环境,发展欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量湍流燃烧模型的耦合模型,喷雾燃烧过程的数值计算结果与实验数据有高度的一致性。研究结果表明：相比于参考工况,低喷油压力工况火焰浮起长度更短,碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间更长,推动了碳烟的生成,碳烟峰值质量增加了80%;高温环境工况碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间没有明显差异,但更短的火焰浮起长度使得燃料在更高的当量比开始燃烧,导致其碳烟峰值质量增加了88%;富氧工况的燃烧温度最高,碳烟粒子运动速度增大,使得碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间明显减少,同时火焰内部当量比较小,因而碳烟峰值质量减少了42%。