论文部分内容阅读
多孔介质燃烧技术是解决环境污染问题,促进能源转型的燃烧技术之一。在当前中国超低污染物排放要求越来越高的背景下,越发有必要尽快解决多孔介质燃烧技术中泡沫陶瓷熔融损坏和热力型NO_x大量生成的问题。通过试验和模拟相结合的方法,设计并搭建水冷多孔介质燃烧器试验平台,探究高热值燃气在燃烧器中的燃烧换热特性,并得出一种燃烧换热综合效果最优的内芯排列型式。首先分别控制当量比为0.85、0.90、0.95、1.0,燃烧强度为200k W/m~2、250k W/m~2、300k W/m~2、350k W/m~2、400k W/m~2,水流量为1.2L/min、1.6L/min、2.0L/min,探究其对燃烧温度、污染物排放和冷却水吸热量的影响。结果表明:燃烧室温度随当量比升高先升高后降低(平均温升在5℃),随燃烧强度升高而升高(平均温升在50℃),随水流量增加基本无变化;CO排放量随当量比升高先降低后升高,随燃烧强度升高而下降,随水流量增加而增加;NO_x排放量随当量比升高先升高后降低,随燃烧强度升高增加,随水流量增加而降低。其次设计了三大类:孔隙均匀型(U型)、孔隙纵向变化型(L型)、孔隙横向变化型(T型)内芯结构。在当量比为0.90,燃烧强度为200k W/m~2、水流量为1.2L/min的条件下进行九种内芯结构变化的试验。结果表明:在气流方向上孔隙密度由小到大再变小排列,有利于前端火焰的稳定燃烧,而孔隙密度横向变化其沿燃烧室截面方向对气流阻碍作用不同,不利于火焰的稳定燃烧;三类孔隙排列类型中,L型的综合性能优于U型和T型;孔隙均匀型内芯结构中,20PPI的燃烧室热量传递效果最好,其不完全燃烧产物含量最低;九种内芯结构中,L123型内芯结构为最优内芯结构,其不完全燃烧产物的含量最低,燃烧状况最好,火焰最稳定。在燃烧强度为200k W/m~2,当量比为0.90,水流量为1.2L/min的条件下,其NO_x排放量控制在34mg/m~3。利用Fluent18.0进行水冷多孔介质燃烧器数值模拟,结果表明:对比燃烧强度和当量比对于燃烧温度的影响,燃烧强度对于燃烧室内高温区范围有较大影响,而当量比对于燃烧室内最高温度的影响较大。随燃烧强度从200k W/m~2增大到1000k W/m~2,燃烧室内最高温度从2024.33K升高到2290.60K;随着当量比从0.6增大到1.0,其从1688.33K升高到2278.99K。同时冷却水室对于换热壁面附近的温度影响较大,其冷却条件影响范围在3mm,其对燃烧室中心温度影响作用较小。其次进行四种沿厚度方向孔隙密度变化的结构对燃烧换热的影响。对比发现,30-10PPI型孔隙密度结构的燃烧状况较好,火焰燃烧较完全,高温区范围大。其换热壁面总的传热系数最大,燃烧室内平均温度最高,冷却水室出水平均温度最高,换热量最大。其CO排放量最小为481ppm,同时NO_x排放量最大为7mg/m~3。