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低热值预混气在往复式多孔介质中燃烧实验研究

作　者: 李涛
导　师: 程乐鸣；施正伦
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 低热值燃气往复式多孔介质蓄热段氧含量燃烧极限波动特性
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

低热值气体是指发热量小于6.28MJ/m3的气体燃料,由于热值低、成分复杂,难以被处理而直接排放。这些低热值气体中含有甲烷,甲烷的温室效益是二氧化碳的21倍,将甲烷高效转化为二氧化碳将产生巨大的环境和经济效益。本文利用燃烧段与蓄热段分离往复多孔介质燃烧技术处理此类低热值气体,并研究拓展系统燃烧极限、增大系统处理低热值气范围的方法。低热值气体是由可燃成分和不参与燃烧的惰性成分组成的无氧混合气,本文将利用氮气稀释天然气模拟低热值气体,并研究此类气体在往复多孔介质燃烧器中的燃烧和污染物排放特性。本文研究工作主要包括两个部分：第一部分,低热值气体在往复多孔介质燃烧器中燃烧极限拓展实验研究。主要考察蓄热段对系统温度波动和分布特性的影响,系统由稳定燃烧过渡到过滤燃烧轴向温度分布的变化特性,以及系统燃烧极限特性。结果表明,蓄热段能显著的降低系统温度波动,提高系统燃烧温度和燃烧效率；当量比降低使得轴向温度分布形状从“马鞍形”、“梯形”、“椭圆形”,变化到系统达到燃烧极限时形成的“三角形”分布；在实验研究范围内,半周期缩短,热负荷降低、截面流速增大,系统燃烧极限先降低后升高,蓄热段蓄热能力增大能较小幅降低系统燃烧极限。系统贫燃极限为当量比0.07,混合气热值264kJ/m3。第二部分,无氧低热值气体往复多孔介质燃烧实验研究。主要考察混合燃气(指天然气与氮气混合气)热值、氧含量和空气当量比对燃烧特性和污染物排放特性的影响,并与单向多孔介质燃烧技术相对比,分析往复多孔介质燃烧技术的优势。研究结果表明：混合燃气热值降低,高温段长度缩短,平均温度和燃烧温度升高；氧含量、空气当量比降低,燃烧温度先升高后降低,排烟温度降低,且不同空气当量比使最大燃烧温度对应的氧含量不同,空气当量比越高对应氧含量越低；相比单向燃烧系统,往复式燃烧系统T/Tad=1对应空气当量比低于单向多孔介质燃烧系统,T/Tad随空气当量比变化的变化趋势大于单向系统,且NOx和CO排放浓度都要低于单向燃烧系统,更加适合低热值混合气燃烧。燃烧效率主要由天然气与氧气接触的几率和高温区宽度决定,随着氧含量、空气当量比降低而降低。空气当量比降低,混合燃气极限热值先降低后升高,系统稳定燃烧极限对应氧含量不断升高。系统混合燃气极限热值为447.35kJ/m3,氧化气氧含量为3.5%,预混气热值为373.2 kJ/m3。在较佳的燃烧工况下,CO排放浓度低于15ppm,NOx排放浓度低于5ppm。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
主要符号表  10-18
第1章绪论  18-37
  1.1 研究背景与意义  18-24
    1.1.1. 我国能源与环境现状  18-19
    1.1.2. 低热值气体  19-20
    1.1.3. 多孔介质中往复流动下的超绝热燃烧技术  20-22
    1.1.4. 多孔介质材料及特点介绍  22-24
  1.2 国内外研究进展  24-32
  1.3 浙江大学在往复多孔介质领域的研究  32-33
  1.4 研究课题提出  33-35
  1.5 研究内容  35-37
    1.5.1. 低热值气体往复多孔介质燃烧特性研究  35-36
    1.5.2. 无氧低热值气体往复多孔介质燃烧实验研究  36-37
第2章往复式多孔介质燃烧系统介绍  37-47
  2.1 系统组成  37-43
    2.1.1. 点火系统  38
    2.1.2. 供气系统  38-39
    2.1.3. 控制系统  39-40
    2.1.4. 数据采集系统  40-41
    2.1.5. 燃烧器主体  41-43
  2.2 实验步骤  43-44
  2.3 实验工况  44-47
    2.3.1. 温度测点布置  44
    2.3.2. 低热值气体往复多孔介质燃烧特性研究  44-45
    2.3.3. 无氧低热值气体往复多孔介质燃烧实验研究  45-47
第3章低热值气体往复多孔介质燃烧特性研究  47-74
  3.1 系统冷态启动特性  47-50
    3.1.1. 冷态启动温度特性  48-50
    3.1.2. 冷态启动污染物排放特性  50
  3.2 系统动态变化特性  50-54
    3.2.1. 温度波动幅度特性  51-53
      3.2.1.1 温度波动特性轴向分布  51-52
      3.2.1.2 蓄热段蓄热能力对温度波动的影响  52-53
    3.2.2. 污染物排放动态变化  53-54
  3.3 系统温度轴向分布特性  54-63
    3.3.1. 半周期的影响  55-57
    3.3.2. 热负荷的影响  57-58
    3.3.3. 当量比的影响  58-60
    3.3.4. 蓄热段蓄热能力的影响  60-63
  3.4 系统燃烧极限特性  63-69
    3.4.1. 系统燃烧极限特性  64-65
    3.4.2. 半周期的影响  65-66
    3.4.3. 热负荷的影响  66-67
    3.4.4. 蓄热段对燃烧极限的影响  67-68
    3.4.5. 系统最低燃烧极限  68-69
  3.5 系统阻力特性  69-72
    3.5.1. 系统阻力测量  69-70
    3.5.2. 蓄热段对系统阻力的影响  70-72
  3.6 本章小结  72-74
第4章无氧低热值气体往复多孔介质燃烧实验研究  74-90
  4.1 混合燃气热值的影响  74-77
    4.1.1. 对温度特性的影响  74-75
    4.1.2. 对污染物排放的影响  75-77
  4.2 氧含量的影响  77-82
    4.2.1. 对温度特性的影响  78-79
    4.2.2. 对燃烧效率的影响  79-80
    4.2.3. 对污染物排放特性的影响  80-82
  4.3 空气当量比的影响  82-88
    4.3.1. 对温度特性的影响  82-83
    4.3.2. 超"焓"特性  83-84
    4.3.3. 对燃烧效率的影响  84-85
    4.3.4. 对污染物排放特性的影响  85-87
    4.3.5. 对燃烧极限的影响  87-88
  4.4 本章小结  88-90
第5章全文总结及工作展望  90-93
  5.1 本文总结  90-92
  5.2 工作展望  92-93
致谢  93-94
作者攻读硕士学位期间发表论文  94-95
参考文献  95-100

低热值预混气在往复式多孔介质中燃烧实验研究

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