低熱值氣體多孔介質(zhì)燃燒機(jī)理與工業(yè)化.pdf

1、使用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)拓展貧燃極限，提高燃燒器體積熱負(fù)荷，擴(kuò)大氣體燃料的使用范圍，實(shí)現(xiàn)燃燒技術(shù)的升級(jí)及氣體資源的充分有效利用，具有重要的研究價(jià)值及應(yīng)用前景。本文致力于低熱值氣體在多孔介質(zhì)內(nèi)的燃燒機(jī)理及火焰面移動(dòng)特性研究，并將研究結(jié)果運(yùn)用于工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開發(fā)中。
　　第一章中為全文工作背景介紹及文獻(xiàn)綜述：分析中國燃?xì)赓Y源、低熱值氣體資源的利用現(xiàn)狀，綜述國內(nèi)外多孔介質(zhì)燃燒理論和技術(shù)發(fā)展方向和狀況。從多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的傳熱，溫度分布及溫

2、度測量，火焰面移動(dòng)及火焰面駐定，火焰面特性及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，以及低熱值氣體往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒方面對(duì)國內(nèi)外多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，提出了多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)未來幾年的發(fā)展趨勢。并提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　第二章及第三章為實(shí)驗(yàn)研究部分：提出包覆與裸露熱電偶成對(duì)布置同步測量新方法測量多孔介質(zhì)內(nèi)氣固溫度，試驗(yàn)研究多孔介質(zhì)內(nèi)溫度分布特性，火焰面?zhèn)鞑C(jī)理及超絕熱燃燒機(jī)理。搭建堆積小球多孔介質(zhì)燃燒試驗(yàn)臺(tái)，通過兩側(cè)成對(duì)布置裸露熱電

3、偶及包覆多孔介質(zhì)小球的熱電偶，對(duì)多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)氣固溫度進(jìn)行同步測量，研究多孔介質(zhì)燃燒器的內(nèi)氣固溫度分布及氣固溫度變化規(guī)律。通過燃燒器的預(yù)熱過程對(duì)裸露熱電偶結(jié)點(diǎn)在多孔介質(zhì)孔隙內(nèi)的位置進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)熱電偶結(jié)點(diǎn)布置的不確定因素進(jìn)行誤差分析，得到測量的誤差范圍。對(duì)比不同入口氣流速度，不同當(dāng)量比時(shí)的不同氣固溫度分布及氣固溫度變化。同時(shí)搭建碳化硅泡沫陶瓷多孔介質(zhì)燃燒試驗(yàn)臺(tái)，通過對(duì)多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的溫度進(jìn)行系統(tǒng)測量，研究不同預(yù)混氣體入口速度，不同當(dāng)

4、量比，不同多孔介質(zhì)孔密度等工況對(duì)超絕熱燃燒特性，火焰面?zhèn)鞑ヌ匦约皽囟确植继匦缘挠绊?。?duì)火焰面附近的詳細(xì)軸向溫度分布及燃燒器壁面附近的徑向溫度分布進(jìn)行分析。并對(duì)多孔介質(zhì)材料的過熱損壞規(guī)律進(jìn)行初步分析探究。
　　第四章及第五章為數(shù)值模擬研究部分：拓展二維雙溫多孔介質(zhì)燃燒模型，研究多孔介質(zhì)內(nèi)動(dòng)態(tài)二維火焰面特性和火焰面傾斜不穩(wěn)定現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理及抑制機(jī)理。以實(shí)驗(yàn)室搭建的圓柱形碳化硅泡沫陶瓷多孔介質(zhì)燃燒器為物理模型，通過變化多孔介質(zhì)的孔密度，多

5、孔介質(zhì)燃燒器的壁面散熱損失，入口氣流速度，當(dāng)量比等參數(shù)探討低熱值氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的動(dòng)態(tài)二維火焰面特性，研究火焰面?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓盎鹧婷鎮(zhèn)鞑ミ^程中的火焰面形狀的變化，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證燃燒模型并進(jìn)一步深入理解低熱值氣體在多孔介質(zhì)內(nèi)的二維燃燒特性。同時(shí)模擬不同工況下長方體形多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的火焰面傾斜現(xiàn)象，對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)火焰面傾斜現(xiàn)象及機(jī)理進(jìn)行分析，研究火焰面傾斜角度增大或減小的發(fā)展過程，研究不同工況條件如當(dāng)量比，入口流速，多孔

6、介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，燃燒器尺寸等因素對(duì)火焰面傾斜角度變化的影響。通過對(duì)火焰面傾斜角度的變化探究火焰面不穩(wěn)定現(xiàn)象的抑制機(jī)理，為多孔介質(zhì)燃燒器的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)。
　　第六章及第七章為工程應(yīng)用研究部分：設(shè)計(jì)50，000 Nm3/h低熱值氣體燃燒系統(tǒng)(10～20 MW)；研發(fā)50～221 kW中試規(guī)模往復(fù)式燃?xì)馊蹮挔t并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)研究，提供進(jìn)一步大型化理論與工程基礎(chǔ)。在前期工作積累基礎(chǔ)上，開發(fā)50，000Nm3/h的大型低熱值氣體往復(fù)式多

7、孔介質(zhì)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)程序，完成低熱值氣體燃燒系統(tǒng)的爐體設(shè)計(jì)總圖及系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。能源效益及環(huán)境效益計(jì)算分析表明該燃燒系統(tǒng)的最大熱效率最大可以達(dá)到88.67％，以溫室效應(yīng)折算該低熱值多孔介質(zhì)燃燒裝置一年最大可以減少一臺(tái)300 MWe機(jī)組全年CO2排放量的15.4％。此外，設(shè)計(jì)搭建中試規(guī)模的往復(fù)式多孔介質(zhì)燃?xì)馊蹮挔t，并進(jìn)行初步試驗(yàn)研究。通過對(duì)燃燒裝置的燃燒狀態(tài)，阻力波動(dòng)，溫度分布，貧燃極限，金屬熔化效率的影響的研究，一方面為中小金屬熔

8、煉企業(yè)生產(chǎn)過程中的節(jié)能減排提供一種較為高效清潔的爐型選擇，另一方面在中試規(guī)模上對(duì)50，000 Nm3/h大型低熱值氣體燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，為其優(yōu)化設(shè)計(jì)并最終工業(yè)化提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　第八章為全文總結(jié)部分，對(duì)本文的主要研究成果，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及未來工作展望進(jìn)行總結(jié)。全文工作的主要成果為通過實(shí)驗(yàn)研究得到多孔介質(zhì)內(nèi)的氣固溫度分布，氣固溫度變化，火焰面?zhèn)鞑ヌ匦约俺^熱燃燒特性。通過數(shù)值模擬研究得到二維火焰面的動(dòng)態(tài)傳播特性，動(dòng)態(tài)變化特性及火