本文關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)含氫燃料稀釋燃燒技術(shù)研究

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【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)含氫燃料燃燒可以廣泛應(yīng)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)、煉油和化工等領(lǐng)域,是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)的重要研究方向�，F(xiàn)階段,稀釋擴(kuò)散燃燒技術(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)含氫燃料低污染燃燒室的設(shè)計(jì)和應(yīng)用起支撐作用。針對(duì)高溫升燃燒室或高氫燃料燃燒室的稀釋擴(kuò)散燃燒技術(shù)仍有待于深入研究和開發(fā)。根據(jù)研究對(duì)象不同,本文工作可分為三部分：1、針對(duì)對(duì)沖火焰模型的基礎(chǔ)研究首先,根據(jù)擴(kuò)散燃燒室的工作原理定義了等效稀釋比例的概念。對(duì)甲烷、合成氣和氫氣的稀釋擴(kuò)散對(duì)沖火焰進(jìn)行了數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)燃料側(cè)稀釋與空氣側(cè)稀釋對(duì)甲烷和合成氣的對(duì)沖火焰結(jié)構(gòu)、NO生成路徑和速率影響不大。合成氣火焰的NO主要來源于熱力型NO和通過NNH機(jī)理產(chǎn)生的NO；氫氣火焰NO的幾乎全部來自于熱力型NO。氮?dú)庀♂尶梢杂行Ы档蛿U(kuò)散火焰的溫度峰值,火焰熱力型NO生成速率降低是合成氣和氫氣火焰總NO生成率降低的主要原因。2、針對(duì)模型燃燒室的技術(shù)研究設(shè)計(jì)了簡化的模型燃燒室與含氫燃料噴嘴,并在此基礎(chǔ)上分別研究了合成氣和氫氣的稀釋擴(kuò)散燃燒技術(shù)。針對(duì)合成氣燃燒室,提出了氮?dú)庵虚g稀釋方案：氮?dú)鈴幕鹧嫱箔h(huán)腔中部處注入,均勻稀釋參與燃燒的空氣。這一技術(shù)不僅降低了NO排放,還具有抑制空氣分配畸變的效果,利于燃燒室穩(wěn)焰,并為進(jìn)一步增加氮?dú)鈬娚淞�、�?shí)現(xiàn)超低NO排放提供了空間。針對(duì)氫氣燃燒室,提出了燃料稀釋方案,避免噴嘴表面掛火的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壁面射流區(qū)以及火焰后區(qū)熱力型NO生成速率下降是合成氣和氫氣燃燒室NO生成速率下降的主導(dǎo)因素。隨稀釋比例增大,兩個(gè)燃燒室出口的NO排放都會(huì)迅速下降。當(dāng)稀釋比例50%時(shí),合成氣燃燒室出口NO排放為10ppm@15%O2;當(dāng)稀釋比例60%時(shí),不同當(dāng)量比下(0.33-0.47),氫氣燃燒室出口NO排放均低于25ppm@15%O2。3、針對(duì)真實(shí)燃燒室的試驗(yàn)驗(yàn)證將氮?dú)庵虚g稀釋技術(shù)應(yīng)用于某真實(shí)合成氣低污染燃燒室的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明合成氣燃燒室能夠在寬廣的負(fù)荷范圍內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行；設(shè)計(jì)工況燃燒室出口的NO排放低于25ppm@15%02,證明了該設(shè)計(jì)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：燃?xì)廨啓C(jī) 含氫燃料 燃燒室 稀釋 NOx
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK47
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展12-17
• 1.2.1 NOx生成機(jī)理12-13
• 1.2.2 應(yīng)用于重型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料低污染燃燒技術(shù)13-14
• 1.2.3 基于對(duì)沖火焰模型的基礎(chǔ)研究14-15
• 1.2.4 針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的技術(shù)研究15-17
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容17-19
• 2 含氫燃料稀釋擴(kuò)散火焰性質(zhì)19-32
• 2.1 對(duì)沖擴(kuò)散火焰模型及數(shù)值方法19-22
• 2.1.1 對(duì)沖擴(kuò)散火焰模型19
• 2.1.2 控制方程19-21
• 2.1.3 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理選擇及計(jì)算參數(shù)21-22
• 2.2 計(jì)算結(jié)果及分析22-30
• 2.2.1 火焰結(jié)構(gòu)及NO生成特點(diǎn)22-26
• 2.2.2 氮?dú)庀♂寣?duì)火焰結(jié)構(gòu)的影響26-28
• 2.2.3 氮?dú)庀♂寣?duì)NO生成的影響28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 3 模型燃燒室及可視化燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)32-49
• 3.1 模型燃燒室32-40
• 3.1.1 模型燃燒室簡化32-36
• 3.1.2 噴嘴設(shè)計(jì)36-40
• 3.2 可視化燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)40-48
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)40-42
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試42-44
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試44-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 4 合成氣稀釋燃燒技術(shù)研究49-63
• 4.1 合成氣稀釋燃燒數(shù)值模擬方法49-51
• 4.1.1 三維數(shù)值模擬方法49
• 4.1.2 化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型方法及模型建立49-51
• 4.2 氮?dú)鈬娚浞桨笇?duì)燃燒室性能的影響51-54
• 4.2.1 氮?dú)鈬娚浞桨?/span>51-52
• 4.2.2 氮?dú)鈬娚浞桨笇?duì)燃燒室性能的影響52-54
• 4.3 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室性能的影響54-59
• 4.3.1 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室流場(chǎng)影響54-55
• 4.3.2 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室NOx排放的影響55-59
• 4.4 合成氣稀釋燃燒實(shí)驗(yàn)研究59-62
• 4.4.1 氮?dú)鈬娮煸O(shè)計(jì)及布置59-60
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 5 氫氣稀釋燃燒技術(shù)研究63-74
• 5.1 氮?dú)鈬娚浞桨竷?yōu)選63-64
• 5.2 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室性能的影響64-68
• 5.2.1 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室流場(chǎng)的影響64-65
• 5.2.2 氮?dú)庀♂寣?duì)燃燒室NOx排放的影響65-68
• 5.3 氫氣稀釋燃燒實(shí)驗(yàn)研究68-73
• 5.3.1 氮?dú)鈬娚鋵?duì)火焰形態(tài)的影響68-70
• 5.3.2 氮?dú)鈬娚鋵?duì)總壓損失的影響70-71
• 5.3.3 氮?dú)鈬娚鋵?duì)NOx排放的影響71-72
• 5.3.4 氮?dú)鈬娚鋵?duì)壓力脈動(dòng)的影響72-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 6 合成氣稀釋燃燒技術(shù)在燃燒室中的試驗(yàn)驗(yàn)證74-97
• 6.1 合成氣燃燒室設(shè)計(jì)74
• 6.2 合成氣燃燒室三維數(shù)值模擬74-77
• 6.2.1 算例設(shè)置74-75
• 6.2.2 計(jì)算結(jié)果分析75-77
• 6.3 合成氣燃燒室常壓�；囼�(yàn)系統(tǒng)及調(diào)試77-83
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)77-79
• 6.3.2 天然氣燃燒試驗(yàn)79-83
• 6.4 合成氣燃燒室試驗(yàn)83-96
• 6.4.1 試驗(yàn)工況參數(shù)83-84
• 6.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析84-93
• 6.4.3 拆檢93-96
• 6.5 本章小結(jié)96-97
• 7 結(jié)論與展望97-100
• 7.1 結(jié)論97-98
• 7.2 展望98-100
• 參考文獻(xiàn)100-108
• 作者簡歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果108-110
• 致謝110

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