低溫預(yù)熱條件下天然氣和氧-煤MILD燃燒特性研究.pdf

1、化石燃料(尤其是煤)仍將在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位，尋求和開發(fā)新型燃燒技術(shù)以實(shí)現(xiàn)化石燃料的高效利用、清潔燃燒以及低碳排放是燃燒領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，MILD(Moderate & Intensive Low Oxygen Dilution)燃燒因其獨(dú)特的低NOX排放和均勻的溫度分布特點(diǎn)而備受矚目，同時(shí)將其與Oxy-fuel燃燒技術(shù)耦合形成的Oxy-MILD燃燒更具二者的雙重優(yōu)勢(shì)，能進(jìn)一步提高熱效率并促進(jìn)多種污染物的減排，被譽(yù)為21世

2、紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ娜紵夹g(shù)之一。在以往的研究中，人們往往關(guān)注燃料在高溫空氣預(yù)熱條件下的MILD燃燒特性，因此，本文重點(diǎn)考察了低溫預(yù)熱條件下天然氣MILD燃燒以及煤粉Oxy-MILD燃燒的綜合特性。特別地，利用數(shù)值模擬與燃燒試驗(yàn)相結(jié)合的方法，本文關(guān)注了MILD燃燒的動(dòng)態(tài)切換過(guò)程，對(duì)比分析了常規(guī)燃燒和MILD燃燒方式下的差異，探索了CO2和H2O對(duì)煤粉Oxy-MILD燃燒的影響，并系統(tǒng)地揭示了CO2的物理化學(xué)特性對(duì)MILD燃燒及其實(shí)現(xiàn)的影響。

3、
　　首先，本文以天然氣的MILD燃燒特性為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬和燃燒實(shí)驗(yàn)的方法，研究了燃燒裝置幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天然氣MILD燃燒的影響，同時(shí)探索了低溫空氣預(yù)熱條件下天然氣MILD燃燒的綜合特性。研究結(jié)果表明：不僅僅是燃燒器，爐膛的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)對(duì)MILD燃燒的實(shí)現(xiàn)及其燃燒行為有著至關(guān)重要的影響；增大爐膛側(cè)墻與頂墻之間的夾角將會(huì)促進(jìn)MILD燃燒狀態(tài)的形成，同時(shí)提高溫度分布均勻性并降低NO排放；低溫空氣預(yù)熱條件下也能實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模爐

4、膛中天然氣穩(wěn)定的MILD燃燒，同時(shí)，提高切換溫度能夠改善MILD燃燒切換過(guò)程中的火焰不穩(wěn)定性；此外，隨著燃燒狀態(tài)從常規(guī)燃燒過(guò)渡到MILD燃燒時(shí)，爐內(nèi)的反應(yīng)區(qū)將逐漸從爐膛上游向爐膛下游遷移，此時(shí)，爐內(nèi)的平均溫度水平也將得到提升。
　　其次，本文以煤粉在Oxy-fuel氣氛下的MILD燃燒特性為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬和燃燒實(shí)驗(yàn)的方法，分析了CO2和H2O對(duì)煤粉Oxy-MILD燃燒的影響，同時(shí)研究了低溫預(yù)熱條件下煤粉Oxy-MILD燃燒

5、的綜合特性。研究結(jié)果表明：在MILD燃燒方式下，當(dāng)將O2/CO2氣氛下的氧濃度提高到30％時(shí)，能夠獲得與空氣氣氛下近似的燃燒溫度；在Oxy-MILD燃燒方式下，H2O的存在能夠促進(jìn)煤粉的著火，抑制燃料NOX的轉(zhuǎn)化；當(dāng)CO2和H2O分別作為O2的稀釋劑時(shí)，CO2能夠更有利于MILD燃燒狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)；低溫預(yù)熱條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)煤粉的MILD燃燒，然而受到煤焦表面的異相反應(yīng)影響，燃燒火焰僅出現(xiàn)了“半無(wú)焰”的狀態(tài)；與常規(guī)Oxy-fuel燃燒以及Ai

6、r-MILD燃燒相比，Oxy-MILD燃燒具有最高的溫度均勻性以及NOX減排潛力；與常規(guī)燃燒相比，MILD燃燒方式下的煤粉燃盡率較低，這主要是因?yàn)榈脱鯕夥障虏怀渥愕念w粒停留時(shí)間導(dǎo)致的。
　　最后，本文以稀釋熱伴流條件下的CH4/H2同軸擴(kuò)散火焰為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究方法，揭示了CO2與 N2在物理化學(xué)性質(zhì)上的不同對(duì)MILD燃燒著火初期各方面的影響。研究結(jié)果表明：與N2相比，CO2的添加能夠不斷降低燃燒反應(yīng)區(qū)的溫

7、度峰值，這不僅來(lái)自于CO2的物理作用，也來(lái)自于CO2的化學(xué)作用；在著火初期，CO2的化學(xué)作用能夠抑制OH自由基團(tuán)的生成，但是CO2的物理作用將促進(jìn)OH自由基團(tuán)的均勻分布；在Oxy-fuel氣氛下，CO2的化學(xué)作用是燃料MILD燃燒著火延遲的主要原因，同時(shí)，這也能促進(jìn)燃料的均相著火過(guò)程；在MILD燃燒方式下，CO2的物理作用對(duì)CH4的氧化路徑?jīng)]有顯著的影響，然而，CO2的化學(xué)作用將通過(guò)路徑I和路徑II來(lái)抑制CH4的氧化，同時(shí)將促進(jìn)CO2向