【摘 要】
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转炉煤气是钢铁冶炼的副产物,具有产量大、热值低、燃烧困难的特征。实现低热值转炉煤气的清洁转化和高效利用是完成我国2030年碳达峰、2060年碳中和战略目标的重要抓手。脉动燃烧技术利用声热耦合机理,使燃烧火焰产生自激振荡与收缩,促进了低热值转炉煤气的高温预混与湍动,从而有效地拓展了低热值气体的贫燃极限。将低热值转炉煤气通过脉动燃烧进行燃烧利用,不仅提升了资源利用效率,还对节能减排有着重要意义。本文以
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转炉煤气是钢铁冶炼的副产物,具有产量大、热值低、燃烧困难的特征。实现低热值转炉煤气的清洁转化和高效利用是完成我国2030年碳达峰、2060年碳中和战略目标的重要抓手。脉动燃烧技术利用声热耦合机理,使燃烧火焰产生自激振荡与收缩,促进了低热值转炉煤气的高温预混与湍动,从而有效地拓展了低热值气体的贫燃极限。将低热值转炉煤气通过脉动燃烧进行燃烧利用,不仅提升了资源利用效率,还对节能减排有着重要意义。本文以低热值转炉煤气为燃烧介质,自主设计了50 k W的Helmholtz型脉动燃烧器,利用Fluent数值模拟揭示了冷态工况下可燃气体的流场分布特性。通过搭建试验台和进行相关试验,探究了低热值转炉煤气脉动燃烧温度、燃烧效率、污染物排放特性,揭示了影响燃烧的关键因素和机制。通过在燃烧器内部加装钝体,对比了直流射流和钝体射流对低热值转炉煤气脉动燃烧特性的影响,在相同设计尺寸下,提高了燃烧器功率。低热值转炉煤气脉动燃烧特性研究不仅能够提高转炉煤气的资源利用率,减少能源消耗,同时还为脉动燃烧技术拓宽了应用领域。设计的燃烧器的燃烧室主体内径207mm,长度350mm;尾管内径75mm,采用套管式结构,长度可在600mm～1100mm之间变化。实验发现尾管长度是影响脉动频率的主要因素。模拟结果显示金属多孔介质对预混气体再掺混和进气均匀两方面有重要作用,底面直径为燃烧器内径1/2倍的钝体在大尺寸脉动燃烧器中同样可以发挥形成回流区的作用。未安装钝体时脉动燃烧器可在当量比为0.289,低热值转炉煤气中CO浓度为10.84%的工况下进行稳定燃烧,脱火速度范围约为0.288～0.424m/s,回火速度范围约为0.110～0.153m/s;安装钝体后燃烧特性进一步优化,转炉煤气贫燃极限降低至10.76%,进一步拓宽了低热值转炉煤气的燃烧极限,最高脱火速度也提升到了0.431m/s。这表明钝体对提升燃烧器功率有积极作用。该论文有图68幅,表17个,参考文献80篇。
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