低溫預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)仍將在我國能源結構中占據(jù)重要地位，尋求和開發(fā)新型燃燒技術以實現(xiàn)化石燃料的高效利用、清潔燃燒以及低碳排放是燃燒領域的研究熱點。近年來，MILD(Moderate & Intensive Low Oxygen Dilution)燃燒因其獨特的低NOX排放和均勻的溫度分布特點而備受矚目，同時將其與Oxy-fuel燃燒技術耦合形成的Oxy-MILD燃燒更具二者的雙重優(yōu)勢，能進一步提高熱效率并促進多種污染物的減排，被譽為21世

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

3、
　　首先，本文以天然氣的MILD燃燒特性為研究對象，通過數(shù)值模擬和燃燒實驗的方法，研究了燃燒裝置幾何結構參數(shù)對天然氣MILD燃燒的影響，同時探索了低溫空氣預熱條件下天然氣MILD燃燒的綜合特性。研究結果表明：不僅僅是燃燒器，爐膛的幾何結構參數(shù)也會對MILD燃燒的實現(xiàn)及其燃燒行為有著至關重要的影響；增大爐膛側墻與頂墻之間的夾角將會促進MILD燃燒狀態(tài)的形成，同時提高溫度分布均勻性并降低NO排放；低溫空氣預熱條件下也能實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模爐

4、膛中天然氣穩(wěn)定的MILD燃燒，同時，提高切換溫度能夠改善MILD燃燒切換過程中的火焰不穩(wěn)定性；此外，隨著燃燒狀態(tài)從常規(guī)燃燒過渡到MILD燃燒時，爐內(nèi)的反應區(qū)將逐漸從爐膛上游向爐膛下游遷移，此時，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燃燒特性為研究對象，通過數(shù)值模擬和燃燒實驗的方法，分析了CO2和H2O對煤粉Oxy-MILD燃燒的影響，同時研究了低溫預熱條件下煤粉Oxy-MILD燃燒

5、的綜合特性。研究結果表明：在MILD燃燒方式下，當將O2/CO2氣氛下的氧濃度提高到30％時，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的存在能夠促進煤粉的著火，抑制燃料NOX的轉化；當CO2和H2O分別作為O2的稀釋劑時，CO2能夠更有利于MILD燃燒狀態(tài)的實現(xiàn)；低溫預熱條件下也能夠實現(xiàn)煤粉的MILD燃燒，然而受到煤焦表面的異相反應影響，燃燒火焰僅出現(xiàn)了“半無焰”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，這主要是因為低氧氣氛下不充足的顆粒停留時間導致的。
　　最后，本文以稀釋熱伴流條件下的CH4/H2同軸擴散火焰為研究對象，通過數(shù)值模擬和反應動力學的研究方法，揭示了CO2與 N2在物理化學性質上的不同對MILD燃燒著火初期各方面的影響。研究結果表明：與N2相比，CO2的添加能夠不斷降低燃燒反應區(qū)的溫

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