氨气(NH_(3))作为一种兼具储能的无碳燃料,在能源领域具有极大的应用前景。然而,NH_(3)的燃烧特性与常规碳氢燃料有着明显差异。该文通过数值模拟方法,研究了CH_(4)/NH_(3)的混合燃料低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,...氨气(NH_(3))作为一种兼具储能的无碳燃料,在能源领域具有极大的应用前景。然而,NH_(3)的燃烧特性与常规碳氢燃料有着明显差异。该文通过数值模拟方法,研究了CH_(4)/NH_(3)的混合燃料低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)燃烧特性。结果表明,在甲烷MILD燃烧中添加NH_(3)使出口NO排放亟剧增加。过量空气系数大于1时,减小过量空气系数使NO和CO的排放降低。NH_(3)中的N元素转化成NO的转化率随燃料中NH_(3)的增加和过量空气系数的降低而减小。展开更多
中强度低氧稀释(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution,MILD)燃烧是一种新型低氧稀释燃烧技术,能够同时实现低NO_(x)和碳烟排放。基于化学动力学分析软件CHEMKIN-PRO中的对冲火焰模型,通过数值模拟研究了丙烷MILD燃烧方式下碳烟的...中强度低氧稀释(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution,MILD)燃烧是一种新型低氧稀释燃烧技术,能够同时实现低NO_(x)和碳烟排放。基于化学动力学分析软件CHEMKIN-PRO中的对冲火焰模型,通过数值模拟研究了丙烷MILD燃烧方式下碳烟的生成路径及其与常规燃烧之间的差异,并深入探讨了拉伸率(50~80 s^(-1))和CO_(2)稀释(体积分数0~60%)对丙烷MILD方式下碳烟生成路径的影响。结果表明:MILD燃烧方式下碳烟生成的主要路径是2C_(3)H_(3)→A1、A1^(−)+H(+M)⇌A1(+M)、A1^(−)+CH_(4)⇌A1+CH_(3)、A1^(−)+C_(2)H_(4)⇌A1+C_(2)H_(3)、C_(6)H_(5)CH_(3)+H=A1+CH_(3)和C_(4)H_(5)^(-2)+C_(2)H_(2)=A1+H;与常规燃烧相比,MILD燃烧方式下2C_(3)H_(3)→A1和A1^(−)+H(+M)⇌A1(+M)反应速率降低,减少了A1生成进而抑制了碳烟成核,最终导致碳烟表面质量生长速率降低78.6%,最终碳烟峰值体积分数降低了83.7%;相比之下,MILD燃烧方式下2C_(3)H_(3)→A1路径对碳烟生成的贡献率降低了7.7%,而C_(6)H_(5)CH_(3)+H=A1+CH_(3)和C_(4)H_(5)^(-2)+C_(2)H_(2)=A1+H路径的贡献率重要性明显上升,分别提升5.36%和7.59%;此外,MILD燃烧方式下碳烟峰值体积分数随拉伸率的变化呈非线性特征,碳烟峰值体积分数随拉伸率的增加呈现先升高后降低的趋势,其机理源于成核速率的非单调变化与表面生长速率的持续上升之间的竞争效应。CO_(2)的物理和化学效应随着稀释比例的上升呈增加趋势,在稀释范围为0~40%时,CO_(2)的物理效应对碳烟峰值影响不大,CO_(2)通过CO+OH⇌CO_(2)+H反应促进H消耗从而削弱PAH生长所需的HACA机制,导致A1和A4物质的量分数显著降低,在CO_(2)稀释比例为60%时碳烟峰值体积分数进一步降低至6.4×10^(−9),从而进一步减少MILD燃烧方式下碳烟的生成。展开更多
中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下...中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下甲烷非预混MILD氧燃烧和排放特性。实验发现,N_(2)、CO_(2)和H_(2)O稀释的所有工况中均没有观察到火焰。但N_(2)稀释时,炉内温度和NO排放都比较高,且当氧浓度、当量比或氧化剂温度增加时,NO排放急剧升高(>100×10^(-6)),因此无法实现较好的MILD氧燃烧。与之相比,CO_(2)或H_(2)O稀释下,炉内温度较低,NO排放也非常低(<10×10^(-6));并且NO排放对氧浓度、当量比和氧化剂温度的变化不敏感,能在更宽的范围内建立起低排放的MILD氧燃烧。此外,CO_(2)稀释时会产生较高的CO排放(>20×10^(-6)),但H_(2)O稀释下几乎没有CO排放,且NO排放最低(≈1× 10^(-6))。因此,H_(2)O稀释最有利于实现超低排放的MILD氧燃烧。但实际炉膛应用时需要注意防止H_(2)O稀释造成的炉壁汲水和因此导致的热效率降低、甚至熄火。展开更多
通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)和O_(2)/H_(2)O)和燃烧器出口氧浓度(21%~30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderate or intense lowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流...通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)和O_(2)/H_(2)O)和燃烧器出口氧浓度(21%~30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderate or intense lowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流–化学相互作用的影响。研究结果表明,不同稀释剂下炉内流动和烟气卷吸情况几乎相同,但在炉内反应方面存在较大差异。各稀释剂下炉内燃烧温度和CO、OH浓度的高低顺序为:N_(2)>CO_(2)>H_(2)O。而且,N_(2)稀释时炉内存在集中的高温区(>1800K),且温度和组分浓度随氧浓度增大而快速升高。而CO_(2)或H_(2)O稀释时炉内温度、组分分布均匀,且对氧浓度变化不敏感。另外,相比CO_(2)或H_(2)O稀释,N_(2)稀释下反应区内的层流火焰速度和Damköhler数(Da)更大,且随氧浓度的升高而急剧增加,30%氧浓度下已经进入传统薄反应区燃烧模式。而CO_(2)或H_(2)O的稀释可以显著降低层流火焰速度,增长化学反应时间,减小Da数,在高氧浓度下依旧保持在分布式反应区,即MILD燃烧区。因此,相比N_(2)稀释,CO_(2)或H_(2)O稀释下更有利于建立MILD富氧燃烧。展开更多
采用标量联合PDF(probability density function)方法结合修正的k-ε湍流模型、EMST小尺度混合模型以及GRI3.0化学反应机理对甲烷-氢气混合燃料(体积比为1∶1)高温伴流射流J HC(jet in hot coflow)火焰进行数值模拟.比较分析了高温伴流...采用标量联合PDF(probability density function)方法结合修正的k-ε湍流模型、EMST小尺度混合模型以及GRI3.0化学反应机理对甲烷-氢气混合燃料(体积比为1∶1)高温伴流射流J HC(jet in hot coflow)火焰进行数值模拟.比较分析了高温伴流中氧气质量分数分别为3%,6%和9%时的3种不同的MILD(moderate andintense lowoxygen dilution)燃烧火焰,3种火焰的计算结果与实验值符合得较好.展开更多
文摘氨气(NH_(3))作为一种兼具储能的无碳燃料,在能源领域具有极大的应用前景。然而,NH_(3)的燃烧特性与常规碳氢燃料有着明显差异。该文通过数值模拟方法,研究了CH_(4)/NH_(3)的混合燃料低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)燃烧特性。结果表明,在甲烷MILD燃烧中添加NH_(3)使出口NO排放亟剧增加。过量空气系数大于1时,减小过量空气系数使NO和CO的排放降低。NH_(3)中的N元素转化成NO的转化率随燃料中NH_(3)的增加和过量空气系数的降低而减小。
文摘通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)和O_(2)/H_(2)O)和燃烧器出口氧浓度(21%~30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderate or intense lowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流–化学相互作用的影响。研究结果表明,不同稀释剂下炉内流动和烟气卷吸情况几乎相同,但在炉内反应方面存在较大差异。各稀释剂下炉内燃烧温度和CO、OH浓度的高低顺序为:N_(2)>CO_(2)>H_(2)O。而且,N_(2)稀释时炉内存在集中的高温区(>1800K),且温度和组分浓度随氧浓度增大而快速升高。而CO_(2)或H_(2)O稀释时炉内温度、组分分布均匀,且对氧浓度变化不敏感。另外,相比CO_(2)或H_(2)O稀释,N_(2)稀释下反应区内的层流火焰速度和Damköhler数(Da)更大,且随氧浓度的升高而急剧增加,30%氧浓度下已经进入传统薄反应区燃烧模式。而CO_(2)或H_(2)O的稀释可以显著降低层流火焰速度,增长化学反应时间,减小Da数,在高氧浓度下依旧保持在分布式反应区,即MILD燃烧区。因此,相比N_(2)稀释,CO_(2)或H_(2)O稀释下更有利于建立MILD富氧燃烧。
文摘采用标量联合PDF(probability density function)方法结合修正的k-ε湍流模型、EMST小尺度混合模型以及GRI3.0化学反应机理对甲烷-氢气混合燃料(体积比为1∶1)高温伴流射流J HC(jet in hot coflow)火焰进行数值模拟.比较分析了高温伴流中氧气质量分数分别为3%,6%和9%时的3种不同的MILD(moderate andintense lowoxygen dilution)燃烧火焰,3种火焰的计算结果与实验值符合得较好.
文摘采用计算流体力学(CFD)软件对煤粉颗粒在平面扩散火焰系统中的着火和燃烧过程进行了详细的数值模拟,测量了不同热协流气氛(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2))、温度(1400~1800K)和氧气体积分数(10%~30%),特别是高温低氧(1800K,10%O_(2))环境下的气体温度场和颗粒温度分布,获得了MILD燃烧工况下煤粉颗粒着火和燃烧特性.结果表明,在高温低氧环境下,煤粉颗粒的着火距离明显缩短,气体温度场更加均匀.1800K协流温度下,随着氧气体积分数每提高10%,其着火距离缩短12%~14%,氧气体积分数为10%时的烟气温度波动系数比氧气体积分数为20%时下降9%.与O_(2)/N_(2)气氛相比,在O_(2)/CO_(2)气氛中相同热协流温度和20%氧气体积分数下,着火距离增加了2.7~3.4 mm,烟气平均温度降低了168~183 K.
