本文關(guān)鍵詞：多組分低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)中的燃燒特性研究

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【摘要】：多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)由于其獨特的熱量回流機制,具有燃燒速率高、污染排放量低、負荷調(diào)節(jié)范圍廣等特點,是清潔利用和處理低熱值氣體的一種有效途徑。本文結(jié)合實驗和數(shù)值模擬對三種典型多組分低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)中燃燒特性進行研究,研究工作主要包括以下三個部分：(1)試驗研究多組分低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)中的貧燃特性。搭建雙層多孔介質(zhì)燃燒實驗系統(tǒng),試驗研究高爐煤氣、生物質(zhì)氣化氣、垃圾填埋氣三種典型低熱值氣體在貧燃(φ=0.60-0.75)工況下的溫度分布特性、穩(wěn)定燃燒工況范圍、以及污染物排放特性。結(jié)果表明,隨著入口流速的增大,火焰穩(wěn)定位置向下游移動。在實驗當量比范圍內(nèi),高爐煤氣最大穩(wěn)燃上限為24 cm/s,生物質(zhì)氣化氣最大穩(wěn)燃上限為50 cm/s。垃圾填埋氣穩(wěn)燃范圍為14～30 cm/s。低熱值氣體穩(wěn)燃極限受其熱值與成分的影響。在實驗工況范圍內(nèi),高爐煤氣的最大CO排放量達到303 mg/m3,垃圾填埋氣的CO排放量均低于15 mg/m3,三種預混氣體在雙層多孔介質(zhì)中的NOx排放量均在2.67 mg/m3以下。(2)數(shù)值模擬多組分低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)中的貧燃燃燒。以CFD商業(yè)軟件FLUENT 6.3為平臺,基于實驗室搭建的雙層多孔介質(zhì)燃燒器,采用詳細化學反應機理和一維雙溫模型,模擬高爐煤氣、生物質(zhì)氣化氣、垃圾填埋氣在特定工況(φ=0.60, vin=0.20 m/s)下的燃燒。模擬結(jié)果表明,模型可以較好反應不同預混氣體在多孔介質(zhì)中的溫度分布規(guī)律和污染物排放規(guī)律。三種低熱值氣體的反應區(qū)位置不同。燃燒反應中,羥基(OH)與氧原子(O)是最為活躍的基團,且可燃氣體與羥基反應的速率大于與氧原子反應的速率。NO是燃燒產(chǎn)物中最主要的NOx氣體,NO2與N2O含量均很低,質(zhì)量濃度低于1 mg/Nm3。(3)雙層多孔介質(zhì)材料選擇對多組分低熱值氣體燃燒的影響�；诘�3章建立的多孔介質(zhì)燃燒模型,針對上游層、下游層多孔材料的導熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)進行變參數(shù)分析。模擬結(jié)果顯示,多孔材料導熱系數(shù)對預混氣體溫度特性的影響與反應區(qū)位置有關(guān)。若預混氣體反應區(qū)位于燃燒器交界面上游,則改變上游層的導熱系數(shù)對溫度特性影響更大,若反應區(qū)位于下游,則改變下游層的導熱系數(shù)影響更大。所用工況中,改變上游層多孔材料的導熱系數(shù)對CO排放影響最為明顯。三種低熱值氣體中,高爐煤氣的CO排放對上游層導熱系數(shù)變化最敏感。
【關(guān)鍵詞】：雙層多孔介質(zhì) 多組分低熱值氣體 溫度特性 穩(wěn)燃范圍 污染物排放 多孔介質(zhì)材料特性
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ038.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符號表15-17
• 1 緒論17-24
• 1.1 課題背景17-19
• 1.1.1 能源與環(huán)境現(xiàn)狀17-18
• 1.1.2 低熱值氣體燃料18-19
• 1.2 多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)19-23
• 1.2.1 多孔介質(zhì)燃燒的特點19-22
• 1.2.2 雙層多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)22-23
• 1.3 本章小結(jié)23-24
• 2 雙層多孔介質(zhì)研究現(xiàn)狀與本文研究內(nèi)容24-37
• 2.1 雙層多孔介質(zhì)燃燒特性24-29
• 2.1.1 輻射效率25-27
• 2.1.2 溫度特性27
• 2.1.3 穩(wěn)燃范圍27-28
• 2.1.4 污染物排放特性28-29
• 2.2 燃料成分對雙層多孔介質(zhì)燃燒的影響29-32
• 2.2.1 單一稀釋氣體添加的影響30-32
• 2.2.2 多孔介質(zhì)合成氣燃燒特性32
• 2.3 材料選擇對雙層多孔介質(zhì)燃燒的影響32-34
• 2.4 本文主要研究內(nèi)容34-37
• 3 低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)中貧燃特性研究37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 實驗裝置與方法37-40
• 3.2.1 實驗裝置37-40
• 3.2.2 實驗步驟40
• 3.3 實驗結(jié)果與討論40-50
• 3.3.1 預實驗40-43
• 3.3.2 溫度特性43-45
• 3.3.3 穩(wěn)燃范圍45-48
• 3.3.4 污染物排放48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 4 多組分氣體多孔介質(zhì)燃燒數(shù)值模擬52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 多孔介質(zhì)燃燒數(shù)學模型52-56
• 4.2.1 簡化假設(shè)與控制方程53-56
• 4.2.2 邊界條件,初始條件及算法56
• 4.3 計算結(jié)果與討論56-64
• 4.3.1 溫度特性56-58
• 4.3.2 組分分布58-60
• 4.3.3 化學動力學特性60-62
• 4.3.4 CO與NO_x排放62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 5 雙層多孔介質(zhì)燃燒器材料參數(shù)選擇的影響66-74
• 5.1 引言66
• 5.2 計算工況66-67
• 5.3 計算結(jié)果與討論67-72
• 5.3.1 雙層多孔介質(zhì)材料選擇對溫度特性的影響67-70
• 5.3.2 雙層多孔介質(zhì)材料選擇對污染物排放的影響70-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 6 全文總結(jié)74-77
• 6.1 主要結(jié)論74-75
• 6.2 本文主要創(chuàng)新點75
• 6.3 未來工作展望75-77
• 參考文獻77-84
• 作者簡歷及在學期間所取得的科研成果84

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本文編號：932669