煤层气发动机燃烧稳定性试验

为研究燃料组分变化对煤层气发动机性能的影响,在一台火花点火发动机上进行了煤层气发动机运转稳定性试验研究,探明了稀燃极限以及燃料当量比、煤层气各组分混合比对发动机的经济性及运转稳定性的影响,并采用掺氢燃烧的方式研究了掺氢量对煤层气发动机稀燃极限及循环变动的改善作用。试验结果表明:煤层气中CO_2含量对发动机的经济性及运转稳定性均有较大影响,随着CO_2含量的升高,有效热效率逐渐下降、并在较高CO_2含量时急剧恶化,发动机的循环变动系数增加;掺氢能够有效拓展稀燃极限,随掺氢量的升高煤层气发动机的工作稳定性有明显改善,即使在较低当量比条件下采用较高的H_2含量仍能获得较理想的循环变动系数(COV_(IMEP)小于5%)。     

船用微引燃双燃料发动机燃料模式切换

针对船用微引燃双燃料发动机燃料模式切换过程燃烧不稳定和转速波动大的问题,本文采用台架试验的方法,揭示了发动机不同燃料替代率时燃烧特征与性能,制定并验证了燃气喷射三段控制的燃料模式切换控制策略,分析了燃烧波动及切换时长等因素对燃料模式切换过程的影响。结果表明:随替代率升高,发动机各缸燃烧循环变动增大和一致性变差,至燃气模式有所减弱,但仍高于柴油模式的循环变动和一致性;较短的切换时长将导致切换过程的转速波动增大;采用燃料模式切换控制策略,可实现双燃料发动机20%～80%额定负荷内120 s时间内燃料模式平稳安全切换,转速波动率最大为5.7%,未发生爆震和失火等非正常现象。     

CaO与K_2HPO_4·3H_2O协同作用下纤维素的热解研究

利用热重-质谱(TG-MS)技术研究CaO与K_2HPO_4·3H_2O单独及协同作用下纤维素的热解过程,着重研究纤维素热解过程中H_2、CH_4等产物在不同条件作用下的变化。结果表明:加入CaO,纤维素热解过程中H_2、CO析出量增多,CH_4、CO_2等气体析出量降低;CaO会固定纤维素热解过程中产生的酸类产物及其前驱物等,从而降低271～465℃区间CO_2的析出量,并使CO_2在560～721℃区间继续析出;加入K_2HPO_4·3H_2O,H_2、CO析出量降低,CH_4、CO_2等气体析出量增加,K_2HPO_4.3H_2O可显著改变热解反应历程,如促进苯环形成反应发生;混合加入CaO与K_2HPO_4·3H_2O,相对于单独添加K_2HPO_4·3H_2O,其热解起始失重过程较为缓和,多数气体生成量增加,CaO与K_2HPO_4·3H_2O在热解过程中产生较强的协同作用。     

H2S对CH4着火延迟及还原NO影响的数值模拟

为探究硫化氢(H_2S)在常压范围内对甲烷(CH_4)燃烧特性的影响,采用化学动力学软件CHEMKIN-PRO中的0-D和PFR反应器研究H_2S浓度、过量空气系数、压力和温度对CH_4点火延迟及还原NO的影响,并通过敏感性和生成率分析揭示其化学动力学机理.模拟结果表明:H_2S的存在促进活性基团(H,O,OH,HO_2,HO_2和H_2O_2)的生成速率,从而缩短预混气点火延迟时间,且在低温下的影响作用更加明显;预混气点火延迟时间随着过量空气系数的增大而减小;压力增加亦有利于缩短点火延迟时间. H_2S可降低CH_4/H_2S还原NO的温度,主要由于H_2S降低CH_4的反应温度,使还原性基团CH_i在较低温度下产生;但同时H_2S的存在,在一定程度上降低NO的还原效率,且在贫氧气氛中的影响更为显著.     

N_2和CO_2对煤燃烧全过程灭火效能的对比研究

为掌握N_2和CO_2防治煤燃烧全过程的不同效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温和煤明火燃烧实验装置,分别对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N_2和CO_2抑制煤低温氧化过程和熄灭煤明火燃烧过程实验,测定了煤低温氧化阶段的耗氧速率、CO和CH_4产生率、煤有焰燃烧阶段的温度场温度、标志性气体(O2,CO和CH_4)组分和热释放速率的变化规律.结果表明:相比于煤在纯空气条件下的燃烧,在煤低温氧化阶段,通入CO_2时煤的耗氧速率、CO和CH_4产生率比通入N_2时更低;在煤有焰燃烧阶段,通入CO_2时煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH_4产生量的下降速度比通入N_2时更低;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO_2时煤温、CO和CH_4产生量下降速度比通入N_2时的更高,而通入CO_2时的耗氧量和热释放速率比通入N_2时的更低,说明CO_2比N_2具有更好的防治煤燃烧全过程的能力.     

基于泉(井)水特性的准噶尔盆地东南缘煤矿硫化氢成因研究

位于准噶尔盆地东南缘地带的矿区含煤地层硫化氢富集异常,发生过多起伤亡事故。地下水体的化学特性、微生物活动特征能灵敏地反映地壳内部信息变化,基于区域泉(井)水特性,探讨煤矿硫化氢成因,对查明煤岩层硫化氢气体的来源、赋存和防治,以及煤层气、油气等开采具有重要意义。煤矿瓦斯气体组分以CH_4,N_2为主,伴有CO_2,H_2S和重烃等;区域地层水沿径流方向水化学类型由HCO_3—Ca—Na和HCO_3—SO_4—Na—Ca演变成HCO_3—SO_4—Cl—Na—K,矿化度、硬度及p H逐渐变高,为弱碱性咸水;含煤地层出露泉水富含CH_4,N_2,CO_2,H_2S,H_2和重烃气体;4号泉CH_4含量和水温一直呈下降趋势,而H_2S,CO_2及SO_4~(2-)含量则保持平稳上升趋势;水体中CO_2的δ~(13)C值较轻,普遍在-1.81%~-1.12%间。矿井地下水水体检测到的硫酸盐还原菌(SRB)数量最高达3 500个/g,表明SRB繁衍活动激烈;10号泉4.35%的克隆子与CH_4厌氧氧化相关,还检测到一些来自栖息于地层深部(含煤岩层)水体中与厌氧含硫环境中的SRB,表明水体处于厌氧状态,泉水中微生物的繁衍生息与含硫化合物密切相关。上述均具有发生硫酸盐生物还原(BSR)作用的特征,而区域成煤环境及煤岩层火烧都不具备大规模H_2S富集条件,由此可知,目前区域硫化氢的形成与后期的BSR作用有密切联系。     

双线圈点火系统特性仿真与试验研究

为了降低稀燃CNG发动机燃烧循环变动,设计了一种双线圈点火系统。利用Multisim软件仿真研究了新点火系统次级电压的变化规律,并在发动机台架上研究了此点火系统对CNG发动机燃烧稳定性的影响。次级电压的仿真结果表明,在不同放电间隔的条件下,新点火系统分别能够有效提高次级电压,增加火花持续期并能实现多次放电。台架试验表明,在合适的放电模式下新点火系统能够降低发动机的循环变动系数,提高稀燃CNG发动机燃烧稳定性。     

4MWe生物质气化内燃机-汽轮机联合循环发电系统的燃料费用模型

基于4MWe生物质气化燃气内燃机-汽轮机联合循环发电系统生物质燃料供给链,建立燃料费用模型,并以稻草为例估算燃料费用,认识燃料费用的主要构成,讨论生物质电厂容量规模对燃料费用的影响.     

直喷柴油机燃用大豆油甲酯生物柴油的排放和燃烧特性

针对一台增压中冷直喷柴油机,在发动机的结构和参数不作变动和调整的条件下,研究了B0、B10、B20和B30四种不同低十六烷值大豆油甲酯生物柴油体积分数的混合燃料对发动机排放和燃烧特性的影响。研究结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,发动机的动力性逐渐降低,使用B10时动力性变化不大,额定功率只下降1.2%;燃油消耗逐渐增加;CO、HC和碳烟排放降低,NOx排放增加,但增加的幅度较小;发动机缸内最高燃烧压力和放热率峰值逐渐降低,与其对应的相位逐渐推后,燃烧始点和燃烧终点逐渐延迟,滞燃期和燃烧持续期逐渐延长。     

催化剂对CH_4气氛下的煤热解特性的影响

采用3种活化CH_4的方式,利用管式炉分别考察了在CH_4气氛下添加2、Ni/Al2O3、Mo/HZSM-5这3种物质对煤热解特性的影响.结果表明,相比于N2气氛,CH_4气氛下热解产生的焦油增多,焦油中杂原子化合物减少,半焦中硫、氮质量分数降低.在CH_4气氛中添加3种物质均能使热解时产生的焦油品质提高.添加H_2使得热解的气体产率(体积)增加,半焦产率降低,但半焦的元素成分无明显变化;添加Ni/Al2O3使得气体产率增加,焦油中轻质组分增多,半焦中的硫含量降低、氮含量增高.添加Mo/H_ZSM-5使得气体产率下降,焦油中芳香族化合物增多,半焦的碳缩聚程度加深.     

秸秆类生物质燃烧结渣与沉积倾向分析

生物质能是清洁的能源,开发生物质能源对我国有深远的社会意义和广阔的市场前景.但是生物质燃料固有的高碱金属含量的特点,成为阻碍生物质燃料广泛利用的主要因素.介绍了生物质燃料特性和燃烧特性,并结合对生物质在层燃炉排炉和循环流化床燃烧方式的分析,指出其在燃烧过程中可能产生的结渣和沉积倾向,并提出了相应的对策.     

柴油机怠速循环波动特性研究

为探究不同运转参数对怠速燃烧过程的影响规律,在发动机试验台架上进行不同控制参数下的高压共轨柴油机怠速循环变动特性的实验,分析喷油提前角、冷却液温度和喷油压力对柴油机怠速燃烧循环变动的影响。结果表明:喷油定时从上止点前12°向上止点前2°变化时,缸内最大爆发压力的波动率和循环波动率在上止点前6°最低,表现为两边高中间低; 冷却液温度由30 ℃增加至80 ℃时,缸内最大爆发压力的波动率和循环波动率分别由7.64%和1.61%下降到3.47%和0.67%,有效地降低了怠速循环波动; 喷油压力从30 MPa增加到40 MPa,可以促进怠速时缸内燃料的雾化蒸发以及与空气的混合,而喷油压力过高时,燃烧重心向上止点平移,使缸内燃烧的可控性变差,各循环间的差异性增大; 稳定怠速过程中,缸内最大爆发压力和平均指示压力之间表现出很强的相关性。     

燃料可燃组分变化对BC/IGCC燃气轮机燃烧室效率的影响分析

通过对生物质气、煤气及不同比例生物质气和煤气混合气体组成可燃成分对B/IGCC(或BC/IGCC)燃气轮机燃烧室效率影响的计算,定性地分析了燃料可燃组分对燃烧室效率的影响规律。结果表明:生物质燃料气比高、中、低热值煤气在燃烧室中的效率都高;燃料组分的相对含量对效率的影响程度较大,当H2体积百分含量在某一范围内时,燃料组分中CO的相对含量对燃烧室效率的影响程度比H2的影响大,在相同体积百分含S量条件下,CO在燃烧室中的效率比CH4高,在燃气轮机初温的提高受限的条件下,将含C量相同的燃料转化为CO气体比转化为CH4更有利于提高燃烧室效率。     

燃料可燃组分变化对BC/IGCC燃气轮机燃烧室(火用)效率的影响分析

通过对生物质气、煤气及不同比例生物质气和煤气混合气体组成可燃成分对B/IGCC(或BC/IGCC)燃气轮机燃烧室效率影响的计算,定性地分析了燃料可燃组分对燃烧室效率的影响规律。结果表明:生物质燃料气比高、中、低热值煤气在燃烧室中的效率都高;燃料组分的相对含量对效率的影响程度较大,当H2体积百分含量在某一范围内时,燃料组分中CO的相对含量对燃烧室效率的影响程度比H2的影响大,在相同体积百分含S量条件下,CO在燃烧室中的效率比CH4高,在燃气轮机初温的提高受限的条件下,将含C量相同的燃料转化为CO气体比转化为CH4更有利于提高燃烧室效率。     

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH₄和CO排放高等问题，本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法，通过三维CFD仿真，对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明：双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响，通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例，缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层，缸压和放热率峰值增加，峰值相位提前，燃烧持续期缩短，未燃CH₄和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时，不仅能够提高发动机热效率，并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH₄和CO排放的同时降低。     

一种FD36cc燃气发动机供气装置的研究设计

针对小型燃气发动机与汽油同型号发动机相比燃烧不好、点火慢、动力性差、燃料耗费大、导致排污差、造成尾气空气污染等缺点,对发动机的核心部件,供气装置的结构进行分析研究,研制出一种新的供气装置,达到空气量与燃料的合理配比,使燃烧充分。解决了发动机功率不足、动力差、燃烧不彻底、排气污染大等问题。     

乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃燃烧循环变动的研究。结果表明:随着过量空气系数增大,最大燃烧压力、平均指示压力、燃烧持续期的循环变动均增大,燃烧始点的标准偏差减小。随着进气温度的升高,最大燃烧压力升高,而平均指示压力先升高后下降,两者的循环变动均减小,燃烧始点的循环变动增大,燃烧持续期缩短,循环变动减小。引入适量的EGR能显著地改善燃烧速率,降低最大压升率,但EGR过大会使混合气不能稳定、连续地着火燃烧。     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO_2与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.     

化油器发动机燃用不同比例乙醇汽油的性能和排放试验

在现有的化油器式汽油机结构不做变动和调整的情况下,研究了4种比例的乙醇汽油对发动机动力性、经济性和排放性的影响。研究表明:汽油机使用乙醇汽油,随燃料中乙醇添加比例的增加,过量空气系数逐渐增大;发动机的最大功率有所降低;燃料消耗率逐渐增加,能量消耗率变化不大;CO排放在中低负荷没有明显变化,在高负荷逐渐减少;HC排放逐渐减少;NOx排放在中低负荷逐渐减少,在高负荷逐渐增加。     

火花点燃对乙醇HCCI燃烧稳定性的影响

针对实现均质压燃(HCCI)燃烧的难点之一:着火和燃烧的控制,在一台由柴油单缸机改造而成的乙醇燃料HCCI燃烧单缸试验机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点燃对HCCI燃烧稳定性的影响。结果表明:HCCI燃烧方式的燃烧循环变动比火花点火燃烧低,燃烧速度快,热效率高,NOx的排放大幅降低。在HCCI临界温度工况下引入火花辅助点燃能提高燃烧稳定性,减少失火循环的产生;随着缸内温度逐渐高于混合气的临界着火温度,火花点燃对HCCI燃烧的影响逐渐减弱。