氮氣稀釋富氫合成氣火焰燃燒特性研究.pdf

1、合成氣整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)和二氧化碳捕集及封存(CCS)相結(jié)合的技術(shù)路線在我國煤炭資源豐富的國情下具有重要現(xiàn)實意義，該技術(shù)路線中合成氣燃燒是關(guān)鍵的核心技術(shù)，但在合成氣燃?xì)廨啓C(jī)中簡單地借鑒目前天然氣燃燒技術(shù)會導(dǎo)致NOx排放過高。本文結(jié)合氮氣稀釋與微混合燃燒技術(shù)，通過實驗和數(shù)值模擬研究了氮氣稀釋富氫合成氣微混合燃燒的火焰形態(tài)、燃燒穩(wěn)定性、溫度分布以及污染物排放等相關(guān)內(nèi)容。目的在于了解合成氣燃燒機(jī)理，同時驗證氮氣稀釋與微混合技術(shù)相結(jié)

2、合的NOx減排作用并掌握其規(guī)律，為合成氣燃燒技術(shù)應(yīng)用于IGCC與CCS結(jié)合的技術(shù)路線中提供幫助。
　　本文首先對合成氣燃燒的冷態(tài)流場進(jìn)行了實驗與數(shù)值模擬，其中冷態(tài)實驗采用空氣等動量和空氣等流速地代替氫氣進(jìn)行實驗，利用粒子圖像測速技術(shù)對流場進(jìn)行測量，通過對比分析，初步了解了冷態(tài)流場特點，驗證燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。在進(jìn)行數(shù)值模擬時考慮到利用與氫氣相對分子質(zhì)量相似的氦氣代替實驗，計算了氫氣模擬以及氦氣等動量、氦氣等流速、空氣等動量、空

3、氣等流速地代替氫氣的模擬，通過對比得出氦氣等動量代替氫氣是較為理想的冷態(tài)實驗方法。
　　其次進(jìn)行了不同工況下的氮氣稀釋合成氣微混合燃燒實驗，考察了不同功率、碳?xì)浔取娮鞌?shù)、燃料噴口直徑以及氮氣稀釋比例下燃燒特性。通過對火焰形態(tài)的觀測、溫度分布和污染物排放量的測量及分析，研究了氮氣稀釋合成氣燃燒的穩(wěn)定性、溫度分布特點以及污染物排放規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，氮氣稀釋合成氣微混合燃燒的穩(wěn)定性較好，火焰呈淡藍(lán)色。隨著功率增加，火焰寬度變寬且火焰顏色

4、變亮，NO排放有上升趨勢。在不同碳?xì)浔认?，火焰顏色隨著碳?xì)浔鹊脑黾佣兞?，NO排放量變化趨勢較為相似，即隨著當(dāng)量比的增加先略有上升再下降。隨著噴嘴數(shù)增加，火焰長度變短、顏色變淡，9噴嘴時出口溫度最高，但噴嘴附近溫度最低，25噴嘴的NO排放量低于9和13噴嘴。隨著燃料噴口直徑增加，火焰顏色變亮、高度略有增加，在直徑等于2mm時NO排放量最低。此外，氮氣的加入有效降低了噴嘴溫度和火焰表面溫度。對于污染物排放而言，NO總體排放量較低且隨著氮氣