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柴油富氧燃烧及窑炉热工特性的研究

邓臻禄  
【摘要】:富氧燃烧技术是一种能实现既节约能源又减少排放的新技术,广泛应用于众多领域。它的加快燃烧速度,提高燃烧效率,降低能源消耗,减少废气排放和降低废气带走的热损失等优点引起越来越多学者的关注,但国内外对柴油富氧燃烧的火焰特性及热工特性的研究较少,因此本文在模拟的燃烧实验台上主要研究了柴油富氧燃烧及窑炉的火焰特性和热工特性,旨在探讨过剩空气系数和助燃风温度对柴油燃烧的影响,寻找提高氧浓度对降低能源消耗及减少废气排放量的变化规律,通过理论计算为提出设计适宜富氧燃烧的窑炉结构和高效节能燃烧器提供技术参数和理论依据。 本文主要采用风速计测试火焰气体的流速和压力,分析了柴油在不同过量空气系数,助燃风温度和氧浓度下燃烧时火焰喷出速度和压力与它们的变化关系;利用K,S分度热电偶对火焰多个温度点测温和使用红外成像仪成像,研究了不同条件下助燃风加温和富氧燃烧时火焰温度的变化规律;采用烟气分析仪测试火焰末端,观察口,排烟管等处的烟气成分,为是否完全地燃烧,烟气生成量,烟气中NO、NO2、NOX、CO、SO2、CO2含量等提供数据;同时从理论上研究了不同氧浓度对理论火焰温度、黑度和热效率等热工性能的影响。 结果表明:当过剩空气系数从1.00增大至1.20时火焰温度出现了先增大后减少的规律,同时当过剩空气系数为1.00时出现了明显的不完全燃烧,当过剩空气系数为1.10时,火焰温度最高且烟气中CO体积浓度为81ppm。助燃风温度的提高提高了柴油的燃烧效率,提高了火焰温度,降低了柴油的消耗量和理论助燃风量,但由于实验中助燃风加温程度不高,因此助燃风升温对氮氧化物生成的影响并不明显。 柴油富氧燃烧后,在保证实验台内温度场稳定的前提下,随着氧浓度从21%至30%逐渐增加,沿火焰长度方向的热气体温度随距窑墙距离的增加而迅速降低,火焰风速和风压也随之减少导致火焰长度变短,火焰流速变急,火焰覆盖面积变小;柴油耗量在氧浓度刚开始增加时较为明显,24%氧浓度时的柴油耗量比21%氧浓度时的减少33.3%,但随后减少幅度下降;助燃空气量,理论废气量和C02浓度随氧浓度增加而逐渐减少,而NOX浓度则迅速增加,同时CO和SO2的浓度无明显变化。 在柴油富氧燃烧的理论计算过程中,理论燃烧温度随着氧浓度的增加而升高,30%氧浓度时,理论燃烧温度大于2500℃;黑度则由于烟气中三原子气体分子CO2和H2O的体积浓度的升高而随着氧浓度的增加而增加,30%氧浓度时,CO2和H2O的体积浓度之和大于33%,这大大增加了火焰的辐射能力;燃烧实验台的热效率随氧浓度的增大而增大,当氧浓度30%时,热效率最高,为51.4%。


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