不同空气和燃料旋流强度下合成气稀释扩散火焰特性研究

针对合成气旋流扩散燃烧开展研究,测量燃烧中间产物OH自由基浓度及火焰温度分布,研究不同燃料和空气旋流强度对合成气旋流火焰的影响。实验结果表明,燃料旋流和空气旋流对合成气旋流扩散燃烧均有重要影响,燃料旋流对火焰结构的影响则更大。随着燃料和空气旋流数的减小,火焰面变薄,不连续的火焰面增多,被卷吸到回流区的OH自由基和高温反应物减少,容易导致燃烧不稳定。在扩张段出口区,温度和OH自由基的浓度分布有较好的对应关系,高OH浓度区域对应温度较高的区域。     

层流预混乙烷和丙烯火焰中PAHs荧光光谱分析

应用激光诱导荧光(LIF)技术对层流预混乙烷和丙烯火焰中多环芳香烃(PAHs)荧光光谱进行测量,探究PAHs在乙烷和丙烯层流预混火焰中的空间分布及当量比对其生成的影响。实验研究结果表明:乙烷和丙烯不同火焰高度下PAHs荧光光谱峰值位置不发生转移,均在500nm左右;随着火焰高度的增加,PAHs荧光光谱强度随之增强;当量比对火焰中PAHs的生成具有重要影响,随着当量比的增加,PAHs荧光光谱强度逐渐增强且在较高当量比下变化显著;比较乙烷和丙烯层流预混火焰中PAHs荧光光谱归一化强度,发现燃料碳链长度以及碳链饱和度会对火焰中PAHs的生成产生重要影响。     

合成气扩散火焰点火特性的实验研究

在模型燃烧室中通过变化合成气的成分比例研究不同燃料对点火时间和点火边界的影响。实验所用合成气由氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳和氮气组成,热值范围4.76～35.8MJ/m3,同时用甲烷作为对照组。实验中研究了不同来流空气流量、燃料组成对点火时间、点火范围的影响。结果表明随着氢气体积含量从0增加到20%时,点火时间会显著降低,点火范围扩大显著。当氢气含量超过50%时,实验条件下的空气流量对点火时间和点火下限的影响不再明显。与此同时,实验中检测到3种不同形态的后续火焰。接近点火下限的不稳定火焰;贫燃条件下的稳定火焰;富燃条件下表现为周期性的向上、下游传播的振荡火焰。通过分析上述结果得到了合成气随当量比和氢含量变化的点火工况图。     

预混段结构对氢燃料旋流预混燃烧诱导涡破碎回火极限影响的数值研究

燃烧诱导涡破碎(combustion induced vortex breakdown,CIVB)回火是氢燃料旋流预混燃烧可靠运行所面临的重要问题之一。文中通过数值模拟分析了预混段长度L和预混段出口水力直径D对CIVB回火极限的影响。数值"试验"设计方案的选取借鉴试验设计(DOE)方法,而结果处理则采用方差分析方法。得到如下结论:L和D对回火临界当量比?cri和熄火因子Cquen都有显著影响,其中?cri对应LD2,Cquen对应LD;预混段结构通过改变混合物在预混段内的停留时间作用于CIVB回火极限,可以通过减小L或D改善CIVB回火的发生;此外,文中证实了回火极限与预混段几何结构间函数关系的存在,拓宽了已有时间尺度模型的应用范围。     

一种可起到值班火焰作用的介质阻挡放电装置

为了增强燃烧的稳定性,提出了利用介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的思路。通过布置在燃烧器出口扩张段上的等离子体激励器产生等离子体,并在燃烧过程中一直保持等离子体激励器处于工作状态,这样产生的等离子体可以起到类似值班火焰的作用——稳定燃烧、防止熄火。该装置具有结构简单紧凑、功耗低、激励参数可以在线调节且不影响燃烧器结构设计等优点。基于实验研究考察了该装置对旋流扩散燃烧中不稳定抬升火焰的作用效果。火焰结构的观测通过平面激光诱导荧光测试系统来实现。实验中观测到随等离子体激励功率增大,火焰高度逐步降低向喷嘴出口位置靠近,且反应更趋紧凑,这初步验证了该装置可以稳定燃烧、防止熄火,表明通过介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的设计思路可行。     

合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化

采用雷诺平均的计算流体力学方法,通过模拟与燃烧室模态相似的标准旋流扩散燃烧实验以及合成气模型旋流燃烧室实验,分析了4种湍流模型对旋流燃烧及合成气燃烧室的数值模拟结果的影响。对比标准实验的速度、温度以及混合分数等实验数据,讨论不同模型以及参数取值的模拟效果,选取最合适燃烧室内复杂流型预测的realizableκ-ε湍流模型,并对位于湍流动能耗散率(ε)方程源项中的模型常数C2做出修正。耦合相应较为准确的燃烧模型以及反应机理,形成针对合成气燃烧室性能预测的较为理想的模拟方法。开展合成气模型旋流燃烧室燃烧实验,利用形成的数值模拟方法,对燃烧室壁温及NOx排放进行了预测,结果与实验较吻合,验证模拟方法可靠。     

预混段结构对氢燃料旋流预混燃烧诱导涡破碎回火极限影响的数值研究EI北大核心CSCD

燃烧诱导涡破碎(combustion induced vortex breakdown,CIVB)回火是氢燃料旋流预混燃烧可靠运行所面临的重要问题之一。文中通过数值模拟分析了预混段长度L和预混段出口水力直径D对CIVB回火极限的影响。数值"试验"设计方案的选取借鉴试验设计(DOE)方法,而结果处理则采用方差分析方法。得到如下结论:L和D对回火临界当量比?cri和熄火因子Cquen都有显著影响,其中?cri对应LD2,Cquen对应LD;预混段结构通过改变混合物在预混段内的停留时间作用于CIVB回火极限,可以通过减小L或D改善CIVB回火的发生;此外,文中证实了回火极限与预混段几何结构间函数关系的存在,拓宽了已有时间尺度模型的应用范围。     

用激光诱导可见光法测量电场影响下火焰碳烟颗粒浓度的分布变化

建立了一套基于激光诱导白炽光法（LII－Laser Induced Incandescence）及双色法标定的颗粒浓度定量诊断系统。该系统利用高能脉冲激光瞬间加热火焰中的纳米颗粒,使颗粒迅速升温到3500至4000K,从而诱发白炽光,再利用双色法进行标定,确定光强与颗粒浓度的量化关系,从而计算出火焰中颗粒的绝对浓度以及二维分布。利用该系统测量电场影响下的火焰碳烟颗粒浓度变化发现：正负外加电场均可以降低火焰中碳烟颗粒的浓度,但在加压初期浓度均有升高,并且高度在7 kV时开始降低,浓度在小幅度升高后持续下降,离子风加强了物质间的混合,燃烧充分。热泳力瞬时采样法佐证了负电场对火焰碳烟颗粒有更强的抑制作用,当电压为－15kV时,浓度降低至小于10％。     

W型火焰锅炉改烧烟煤对汽温参数影响试验研究

对某进口350 MW亚临界W型火焰锅炉全烧烟煤改造后试验研究。通过试验研究掌握影响锅炉汽温参数主要因素。试验研究结果表明除了煤质对汽温参数有影响外,实际运行中降低一次风速、拱上风量、燃尽风率和增大乏气开度有利于维持汽温稳定,可为同类型锅炉设计运行提供参考。     

基于氢氧基平面激光诱导荧光法的稀释燃烧机理实验研究

为探讨反应物预热温度和稀释率对稀释燃烧机理的影响,该文以氮气稀释的甲烷-空气对冲扩散火焰为研究对象,采用氢氧基平面激光诱导荧光法(hydroxy radical planar laser induced fluorescence,OH-PLIF)进行实验研究。以OH基反 应区厚度表征火焰厚度,实验结果表明,在反应物预热温度较低情况下,当预热温度一定时火焰厚度随反应物稀释率增大(或者浓度减小)而减小,当反应物稀释率一定时火焰厚度随预热温度升高而增大。但进一步分析表明,在反应物预热温度足够高时,火焰厚度将随反应物稀释率增加而增大。根据预热对化学反应速度的增大与稀释对化学反应速度的减小的共同作用,从火焰厚度随反应物预热温度与稀释率的变化情况可推断,在低预热温度稀释燃烧过程中,预热温度是影响火焰结构的主要因素;在预热温度足够高的稀释燃烧过程中,稀释率是火焰结构的主要影响因素,此时由于稀释引起化学反应速度大大降低,因此火焰厚度或体积显著增大。     

同向和反向合成气旋流扩散燃烧研究

针对同向和反向合成气旋流扩散火焰燃烧开展研究,测量了燃烧中间产物OH自由基浓度、火焰温度及污染物的排放。实验结果表明,燃烧的稳定性受旋流产生的回流区和扩散混合两方面的因素控制,加强回流有利于燃烧稳定,加强混合也有利于燃烧稳定。燃料和空气同向旋流和反向旋流相比,总回流量较大,能够向回流区卷吸更多的活性自由基OH和热量,从而有利于燃烧稳定。当燃料和空气的旋流数比较小时,混合对燃烧的稳定性也会产生重要影响,空气和燃料的反向旋流由于混合较为强烈从而稳定性比空气和燃料同向旋流时要好。尽管NOx排放受混合的影响,但针对文中的实验,主要是热力型机理对NOx的排放起作用。在CO排放中,较低功率下由于温度较低导致CO排放指数较高,实验中当功率大于34 kW时,温度较高,CO排放接近于零。     

CO_2捕集对输运床气化炉IGCC系统煤气冷却方式选择的影响

对于整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统,CO2捕集的引入将对系统煤气冷却方式的选择产生重要的影响。该文分别构建了不捕集及捕集CO2的输运床氧气及空气气化IGCC系统流程,分析激冷及煤气余热锅炉2种煤气冷却方式的引入对系统热力性能及经济性的影响。结果表明,不捕集CO2时,无论是对输运床氧气还是空气气化IGCC,煤气余热锅炉冷却方案热力性能及经济性均明显好于激冷冷却方案;考虑CO2捕集后,尽管采用煤气余热锅炉冷却的输运床氧气气化IGCC系统的供电效率比采用激冷冷却的系统高约1.38个百分点,而2种方案发电成本相当;考虑CO2捕集后的输运床空气气化IGCC系统的热力性能及经济性仍明显好于激冷冷却方案。此外,该文还分析了煤气冷却方式投资对系统经济性的影响,得到2种冷却方式下,输运床氧气气化系统发电成本相同时的气化炉单元临界投资比。其中,对输运床空气气化系统的分析表明,无论是否考虑CO2捕集,均应采用煤气余热锅炉冷却方式。     

最小二乘支持向量机可视化燃烧/排放关联特性的研究

一种基于光学原理的燃烧火焰/温度场测量装置,用以获得实时的炉内燃烧信息,以便实施洁净煤燃烧技术。文中以可视化火焰检测系统对电站锅炉燃烧火焰和温度场进行监测的研究。通过测量,得到了数值化的火焰/温度场信息,对燃烧火焰的图像进行了分析,提取了不同单色波波长下的火焰图像的平均灰度、方差、熵、火焰丰度、能量、最高灰度等特征量,计算得到了温度分布。为了建立锅炉排放与火焰参数及燃烧温度的关系,利用最小二乘支持向量机原理,以火焰参数为主要判据,将得到的表征燃烧的特征量作为最小二乘支持向量机的输入,对NOx排放量进行了预估。结果表明,估计值与实测值具有一致性。     

生物质与煤混合热解特性的研究

采用热重分析法(TGA)对几种常见天然生物质(麦秆、棉秆和杨木屑)、两种不同变质程度的煤以及两者混合物的热解特性进行了研究。试验升温速度5℃/min,终温850℃。结果表明:生物质热解温度低,热解速度快,而煤相对热解速度慢,热解温度高,随煤变质程度提高,TG曲线向高温区移动,热解温度升高,最终失重率减小,试验无烟煤和烟煤的最终失重率分别为17%和30.07%。生物质与煤混合热解时,总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征,但从实际微分曲线与按比例折算后的曲线比较结果看,400℃之前,生物质对煤的热解影响不明显,在400℃之后,生物质的加入对煤的热解产生抑制作用,煤的热解速率降低,煤的挥发分越低,抑制作用越强。     

生物质和高硫劣质煤混烧灰熔融特性研究

对生物质和煤混烧特性的研究受到国内外学者的广泛重视。对生物质与高硫劣质煤混烧灰的熔融特性进行研究,测量了灰熔点,并利用热重一差示扫描量热（thermo．gravimetry—differentialscanningcalorimetry,TG—DSC）方法对灰的熔融过程进行研究。实验结果表明,混烧生物质能降低灰熔点,生物质混烧比例越高,灰熔点下降幅度越大。由于生物质中灰分含量远小于高硫劣质煤,混烧灰的灰熔点温度主要受煤灰的影响。由于灰的组成成分及其含量的差异,煤灰、生物质灰在实验温度范围,TG—DSC曲线有较大差异。在低混烧比时,混烧灰的TG—DSC曲线基本体现煤灰的熔融特性。随着混烧比例的提高,TG—DSC曲线上生物质的影响变得明显。     

高压开关柜局部放电暂态地电压与放电源特性的关系研究

暂态地电压法已广泛应用于高压开关柜的局部放电检测中,主要是通过检测获得局部放电幅值和脉冲数。然而,在缺陷严重程度和缺陷性质的诊断以及缺陷定位方面的效果及实用性还有待进一步评估。通过建立开关柜模型以及放电模型,仿真研究了开关柜外表面不同位置的暂态地电压幅值与放电源脉冲宽度和强度的关系。结果表明暂态地电压法适宜于诊断缺陷的严重程度,而对于缺陷性质诊断及缺陷定位却效果较差。     

合成条件对LiNi0.5Co0.5O2结构和性能的影响

以聚丙烯酰胺(PAM)为模板剂,用微波加热法合成了锂离子电池层状正极材料LiNi0.5Co0.5O2。通过SEM、激光粒度分析和XRD等技术,研究了PAM和微波处理对材料的形貌、粒度和晶相结构的影响。结果表明:PAM可以有效地控制材料的形貌及粒度。充放电测试表明:在3.0~4.3 V电压范围内,充放电倍率为0.2C,PAM用量为原材料总质量的2%时,材料的放电比容量达154 mAh/g;除首次循环外,前10次循环的充放电效率平均在98.5%以上。