进气参数对LPP燃烧室振荡燃烧特性和火焰结构的影响

为研究贫预混预蒸发(LPP)燃烧室振荡燃烧规律和LPP火焰结构,利用动态压力传感器测量了LPP燃烧室内不同进气参数下时域及频域上的压力脉动;利用激光诱导荧光(PLIF)测量系统研究了不同进气参数下的LPP火焰结构变化规律。结果表明:随着燃烧室入口流速的增加,激励出的振荡燃烧的当量比区域会减小;在一定的入口流速下,所激励的振荡燃烧主频会随着当量比的增加而增加;随着燃烧室入口空气温度的提高,激励出振荡燃烧的区域会减小,激励出的振荡燃烧的强度会下降,但振荡燃烧的主频均会增加;稳定燃烧时,LPP火焰为V型火焰;振荡燃烧则会将LPP火焰转化为平整型火焰。     

LPP燃烧室振荡燃烧特性、火焰结构和NOx排放的实验研究

利用动态压力传感器、平面激光诱导荧光（Planer Laser Induced Fluorescence,PLIF）测量系统和气体分析仪针对不同入口气流旋流数和空气含湿量条件下,贫预混预蒸发（Lean Premixed Prevaporized,LPP）燃烧室中振荡燃烧特性、火焰结构变化规律和NOx排放特性开展了实验研究。研究表明：在一定条件下,随着燃烧室入口气流旋流数增加,激励出振荡燃烧的当量比区域扩大,所激励的振荡燃烧强度不断增加,但振荡燃烧的主频则不断下降,火焰变得更加紧凑且不断向燃烧室中心和上游壁面发展;随着燃烧室入口空气含湿量的增加,振荡燃烧强度会下降甚至消失,振荡燃烧的主频增加,火焰结构由振荡燃烧时的平整型火焰向稳定燃烧时的V型火焰转变,火焰的位置也向燃烧室侧壁面和下游方向移动;LPP燃烧室中NOx排放会随着燃烧室入口空气含湿量和入口气流旋流数的增加而下降。     

基于波瓣旋流燃烧器的甲烷燃烧污染物排放特性

贫燃预混燃烧方式是抑制燃烧过程中NO_x生成的方法之一,但易出现燃烧不稳定现象.针对这一问题,试验采用波瓣旋流燃烧器,研究了当量比、预混气分级比、预混气分级形式对NO_x和CO排放规律、燃烧室声压峰值及火焰形态的影响.结果表明,随着当量比的减小,烟气中NO_x浓度减小,而CO浓度上升.旋流侧流量/波瓣内侧流量减小时,烟气中NO_x浓度降低,CO浓度增大.通过调节旋流器和波瓣外侧预混气分级比,NO_x和CO的排放浓度都有所下降,并在旋流侧流量、波瓣内侧流量、波瓣外侧流量分级比为6∶0∶4时浓度较低.燃烧室内声压峰值随当量比的减小而增大.当量比为0.60,预混气分级比为5∶0∶5时,燃烧室声压峰值最低,燃烧较为稳定.     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

丙基苯/空气层流燃烧速率的实验研究

利用球形火焰法测量了常压下、温度为353~400K、当量比为0.6~1.4的丙基苯/空气预混气的层流燃烧速率.结果表明,不同初始温度下测得的丙基苯/空气预混物无拉伸层流燃烧速率均在当量比1.1处达到最大值;随着初始温度的升高,丙基苯/空气预混物的拉伸火焰传播速率、无拉伸层流燃烧速率均会增加;并从不同初始温度下的Markstein长度与当量比的变化关系中发现,Markstein长度会随着当量比的增加而减小,在当量比为1.4时出现负值;同时,Markstein长度会随着温度的增加而略微减小.     

多孔介质燃烧器的辐射输出效率和污染物

使用双温度体积平均模型、详细化学反应机理GRI3．0,对甲烷,空气预混气在多孔介质燃烧器内的预混火焰进行模拟．分析不同当量比和质量流量下的预热效率、辐射输出效率以及污染物排放情况,并对辐射输出效率随多孔介质热物性参数的变化进行敏感性分析．结果表明,增大相间对流换热系数或减小当量比、质量流量及固相消光系数都可以提高辐射输出效率,减小当量比或质量流量可以减少污染物排放．在所有的影响因素中,当量比的影响最大,发展超贫燃燃烧技术是获得高效低污染多孔介质燃烧器的关键．     

燃料掺混方式对天然气柔和燃烧器燃烧性能的影响研究

燃气轮机在更高参数下的低污染排放限制和宽工况范围稳定运行的需求,对燃烧室燃烧提出了新的要求。柔和燃烧作为一种新型燃烧技术,具有燃烧稳定和污染物排放低的优势。高速射流引射掺混是实现柔和燃烧所需条件的一种可行方式。本文主要研究不同燃料掺混方式对柔和燃烧器污染物排放和稳定工作范围的影响。在前期工作基础上设计了可实现燃料不同掺混方式的天然气柔和燃烧器。在常压条件下,通过实验研究了不同当量比、不同燃料/空气掺混方式下天然气柔和燃烧器的污染物排放,并研究了不同掺混方式对燃烧贫燃极限的影响,通过OH~*自发荧光、OH平面激光诱导荧光测量和数值模拟对反应区和流场结构进行了观察和分析。实验结果表明,在相同当量比下,全预混模式下的NO_x排放最低,全预混模式下稳定燃烧的贫熄火当量比为0.57;扩散模式下NO_x排放相对高,但贫熄火当量比可低至0.15,燃烧稳定范围更宽;混合模式下污染物排放水平介于预混和扩散模式之间;非预混模式下较好的贫燃火焰稳定性得益于燃烧室头部扩散燃料周围形成的低速稳定反应区。     

某航空发动机燃烧室天然气湿燃烧数值模拟研究

针对某型航空发动机燃烧室,探究将其改造为天然气湿燃烧低污染燃烧室的可行性。采用计算流体力学方法,研究了压力(1～2.33 MPa)、空气预热温度(510～790 K)及加湿比例(0～2.0)对温度分布、污染物排放的影响。通过Chemkin软件进行参数化计算,对全局当量比进行补偿,以确保燃烧室出口温度均达到设计值。计算结果表明:高压工况下,火焰向燃烧室出口方向延伸,导致出口径向温度分布恶化,其中,压力2.33 MPa时NO_x排放量是常压下的10倍;较高的空气预热温度将导致NO_x排放量增加,但同时可能有利于消除局部高温区;NO_x排放量随加湿比例的提高单调下降,但CO质量浓度表现出先降后增的趋势;无当量比补偿时NO_x质量浓度偏差最高达到90.7%;综合考虑NO_x和CO的排放特性,改造后燃烧室最佳燃料加湿比为1.5。     

模化试验中空气温度对贫燃预混燃烧室性能影响的试验与分析

为了分析某燃气轮机燃烧室入口空气温度对燃烧室性能的影响,利用低压模化试验台,对某型低排放贫燃预混燃烧室进行了不同入口空气温度下的低压模化试验。结果表明:燃烧室入口空气温度变化不会改变火焰筒壁温分布规律;对于燃烧室出口温度场,入口空气温度变化对出口温度分布系数有一定影响,温度分布系数(Overall Temperature Distribution Factor,OTDF)呈现先降低后升高趋势,入口空气温度420℃时,试验测得OTDF为最小值,但温度分布云图大致类似;对于污染物排放,入口空气温度升高会增多NO_x的形成。     

中心值班火焰对燃烧室性能影响的试验研究

为提高贫燃料燃烧预混低排放燃烧室燃烧稳定性,研究值班火焰对燃烧室工作特性的影响,对国产某型燃烧室进行了模化燃烧试验。试验测试了值班火焰熄灭、贫燃料预混燃烧、富燃料半扩散燃烧状态下,燃烧室各性能参数。分析试验结果发现值班路燃料增加,燃烧稳定性提升,NO_x排放升高,出口均匀性变差,壁面温度降低。并据此绘制1.0工况燃烧室特性线,得到合理工作区间,可以在满足燃烧室设计要求同时达到NO_x和CO排放均低于30 mg/m~3(15%O_2),已达到国际领先水平。试验测定,在0.5工况时,值班火焰可以拓宽贫燃料燃烧熄火边界50%以上。     

生物原油燃烧及气态污染物排放特性

以生物原油为研究对象,进行生物原油直接燃烧试验,研究了其燃烧及气态污染物排放特性。试验结果表明:预热生物原油、预混燃烧和外加点火源预热炉膛可以实现生物原油顺利点火并稳定燃烧。在相同含氧量下,生物原油的燃烧温度,SO_2、NO_x和CO浓度均低于0号柴油。生物原油燃烧产生的SO_2浓度在70mg/Nm~3以下,且随着烟气中含氧量的增加而减少;NO_x浓度在250mg/Nm~3以下,且随着含氧量的增加而增加;当含氧量超过7%时,CO浓度约为200mg/Nm~3。生物原油稳定燃烧火焰长度较短,燃烧初期呈淡绿色火焰。     

DME预混比和柴油供油提前角对PCCI发动机性能影响

在一台2105柴油机上采用进气道预混DME一缸内直喷柴油的复合方式实现PCCI燃烧,研究了DME预混比和柴油供油提前角对预混合压燃(premixed charge compression ignition,PCCI)发动机燃烧、排放特性和燃油经济性影响。研究结果表明:随DME预混比增加,PCCI发动机燃烧始点逐渐前移,缸内压力峰值增大,放热过程由两阶段放热变成三阶段放热,且放热率曲线整体前移,NO_x、碳烟排放和当量燃油消耗率均降低,而CO和HC排放及有效热效率均逐渐升高;随柴油供油提前角增大,PCCI发动机燃烧始点相应提前,缸内压力峰值逐渐增大,放热过程由三阶段放热变成两阶段放热,NO_x排放大幅升高,碳烟排放明显下降,CO和HC排放及当量燃油消耗率先下降后增加,而有效热效率则先升高后降低,     

低热值C2H4-AIR-N2预混气体在多孔介质内的燃烧特性研究

利用自行设计的多孔介质实验台,对C_2H_4-AIR-N_2预混气体在多孔介质燃烧器内的燃烧特性进行了实验研究,分析燃料当量比、预混气体流速以及N_2稀释比对预混气体的可燃极限、火焰传播方向、火焰温度分布以及污染物排放的影响。研究表明:随着稀释比的上升,预混气体的可燃极限范围缩小,火焰向上游传播的工况逐渐减少;燃烧器内最高火焰温度与当量比以及气体流速正相关,与稀释比负相关;CO的排放量随着稀释比的上升而增加,与当量比以及气体流速负相关;实验中的NO排放量小于20 mg/m~3。     

烟气再循环对天然气非预混燃烧NO_x排放特性的影响

天然气在燃烧过程中生成NO_x的浓度主要受温度影响.烟气再循环不仅能降低燃烧温度,而且减小了燃烧高温区域,使污染物排放降低.为减少NO_x排放,采用一台标定功率为800,k W的非预混燃烧器进行了烟气再循环非预混燃烧试验,主要研究了燃烧负荷、过量空气系数、烟气再循环率对NO_x生成的影响.同时,采用FLUENT6.3软件模拟计算燃烧火焰温度分布和NO_x质量浓度分布.结果表明:燃烧器热负荷的增加,会使烟气中NO_x质量浓度增加;过量空气系数?在1.0~1.15之间时,有利于降低NO_x排放;烟气再循环量增加能有效降低NO_x排放,在?为1.1和1.15时、烟气再循环率为20%,时,NO_x质量浓度为40~50,mg/m3.     

生物乙醇喷雾蒸发和预混过程的数值模拟研究

基于生物乙醇燃料的贫燃预混、预蒸发燃烧技术(Lean Premixed Pervaporation,LPP),采用数值模拟方法,研究了预混室内生物乙醇雾化蒸发流场,分析了预热空气温度为500、600和1 000 K以及旋流数为0.47、0.8和1.41时的生物乙醇蒸发和气体混合特性的规律。研究表明:在LPP预混室旋流流场中,中心回流区宽度随预混室距离的增加先增大后减小,并且会受喷雾射流的影响拉伸变长,中心回流区随旋流强度的增大更贴近喷雾出口,角回流区的长度随旋流强度增大而缩短直至消失,旋流强度对液雾整体蒸发速率影响不大,但会影响液雾分布;进气温度增加会增大进气速度,提高液滴蒸发速率,缩短液雾炬长度;液滴蒸发过程存在一定程度上的压力振荡,会对LPP不稳定燃烧过程产生一定影响。     

当量比对甲烷预混低旋流燃烧的影响

通过实验和数值模拟的方法研究了甲烷/空气预混低旋流燃烧的流场结构及当量比对甲烷低旋流燃烧的影响.结果表明,甲烷/空气预混低旋流气流在喷嘴出口处扩张,形成有利于燃烧稳定的低速区;预混火焰"悬浮"于喷嘴上方,在剪切区的内侧,火焰呈W型;富燃时,随着当量比的增加,火焰的推举高度略有增加;甲烷/空气预混低旋流流场具有自相似性,无量纲轴向速度的径向分布几乎不受当量比的影响.同时,燃烧室出口的温度随着当量比的增加而增加,并且在当量比为0.8~1.4时变化较为明显,当量比超过1.4后,增加趋势变缓.     

天然气燃料轴向分级预混燃烧特性研究

低NOx排放是燃气轮机燃烧室的重要性能指标,面对燃烧室出口温度不断增加的趋势,新型燃烧技术探索应用成为必然。燃料轴向分级(Axial Fuel Staging,AFS)燃烧作为一项可行技术方案已在各燃机厂商的最先进燃气轮机燃烧室上获得应用,其主要通过降低高温烟气有效停留时间和低氧浓度燃烧来实现低NOx排放。基于Chemkin平台建立轴向分级预混燃烧室化学网络模型,针对1 973 K燃烧室,研究二级负荷比例、当量比和停留时间对NOx/CO排放的影响规律,对比分析主燃区高温烟气与二级未燃预混气掺混特征的影响,获得AFS燃烧的污染物排放特性和关键影响因素。同时,在贫预混燃烧器上,设计二级喷射段,实验研究二级火焰结构、污染物排放等燃烧特性。结果表明,相比于常规贫预混燃烧,AFS燃烧在高温区体现出很好的低NOx优势,且能拓宽低NOx工况范围,其中主燃区温度、二级当量比和停留时间匹配特征、主燃区高温烟气与二级预混气掺混性能等是关键。     

有序堆积床内预混气体燃烧特性实验研究

为研究预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰燃烧特性,设计了一种新型多孔介质燃烧器,其中多孔介质区域由氧化铝圆柱体有序堆积而成.分别研究了当量比和入口速度对甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰温度分布、火焰最高温度以及火焰传播速度的影响.结果 表明:在当量比0.162～0.324、入口速度0.287～0.860 m/s...     

富氧燃烧氛围下纯煤掺烧生物质的污染物排放模拟研究

利用ASEPN PLUS流程模拟软件对富氧燃烧氛围下纯煤掺烧生物质时污染物的排放特性进行了模拟分析,结果表明:在掺烧比例一定时,富氧燃烧氛围下烟气中NO_x和SO_x排放浓度远低于常规空气燃烧氛围下的值,而CO的排放浓度显著高于常规空气燃烧氛围的值,且随O_2浓度的提高,NO_x和SO_x的排放浓度逐渐增加,CO的排放浓度逐渐降低;在O_2浓度一定时,燃烧温度对CO的排放浓度影响很大,当温度超过1 200℃以后,CO的排放浓度急剧上升,NO_x的排放浓度随燃烧温度的升高而增加,SO_x的排放浓度受燃烧温度影响不大,随燃烧温度的升高略有增加。