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低氧预混燃烧的实验研究

佘凯  
【摘要】: 煤、石油、天然气等常规能源的燃烧与污染是我国目前亟待解决的主要问题之一,加之国际、国内燃料价格持续攀升,因此开展高效低排放燃烧技术的研究、开发研制新型燃烧装置刻不容缓。低氧预混燃烧是一种低NOx燃烧技术,本文针对低氧预混燃烧进行了一系列的研究工作。 本文设计、制作了一套低氧预混燃烧系统,利用该系统可进行气体燃料的低氧预混燃烧、液体燃料的预蒸发预混燃烧规律的研究,同时可用于火焰热声耦合振荡诱发机理及控制等的实验研究。 本文利用热球风速仪对燃烧室内的冷态流场进行了测量分析,发现在不同工况下稳焰器出口下游的流速分布是相似的,皆呈现双峰分布趋势,只是速度的大小有所差别。 本文对液化石油气的低氧预混燃烧进行了热态实验研究,分析了空气消耗系数对火焰结构、温度分布、NOx排放等的影响规律。调整空气消耗系数α从0.81逐渐增大到1.33,燃烧状态将从不完全燃烧工况转变到完全燃烧工况,火焰的视觉颜色也由红黄色逐渐转变成为透明的蓝色,在径向呈收缩趋势、高度则逐渐降低,而火焰温度则有所提高。 在空气消耗系数α≈0.9时,燃烧产物中的NOx含量最小,随着α逐渐增大,NOx的体积分数越来越大,但是,在α1.3之后,由于稀释作用,烟气中NOx的体积分数又呈现逐渐降低的趋势。 随着α的逐渐减小,燃烧状态将从完全燃烧逐渐转变为不完全燃烧,燃烧产物烟气中的CO和CxHy的体积分数逐渐增大在所取得最小的α值时达到最大,在此过程中,CO体积分数一直就比CxHy小的多,这说明不完全燃烧产物以CxHy为主。 研究表明,低氧预混燃烧可以有效地降低NOx的生成量,但是却会导致不完全燃烧产物的增加,同时在空气消耗系数较低的情况下,火焰将出现周期性振荡现象,严重时甚至导致熄火。本文的研究成果具有重要的理论价值。


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