检索结果-南通市图书馆

作者：毛晨林江苏大学

学位级别：硕士

在燃烧系统中使用氨来减少温室气体的研究越来越受到人们的关注。氨易于液化,生产技术成熟,运输和储存的基础设施均已建立。但是氨的燃烧强度低,NO排放高,制约了氨作为一种燃料应用于实际的燃烧设备中。本文致力于研究含NH燃料的燃烧特... 详细信息

在燃烧系统中使用氨来减少温室气体的研究越来越受到人们的关注。氨易于液化,生产技术成熟,运输和储存的基础设施均已建立。但是氨的燃烧强度低,NO排放高,制约了氨作为一种燃料应用于实际的燃烧设备中。本文致力于研究含NH燃料的燃烧特性及NO等污染物的排放特性,寻求合理措施实现含NH燃料的稳定燃烧并减少各种污染物的排放。首先,利用文献中发表的多种含NH化学反应机理模型进行了一维预混自由传播火焰数值计算。结果表明:Okafor机理用于数值计算NH/CH/air火焰时,精度更高;对于NH/H/air、NH/air火焰,Xiao机理表现更佳。NH/CH、NH/H燃料混合物随着NH含量的增多,层流燃烧速度单调减小;NH/CH/air、NH/H/air、NH/air的层流燃烧速度,随着当量比的增大先增大后减小,但随着压力的增大而单调减小。NH/CH、NH/H燃料混合物中提高NH的含量可有效减少NO排放,同时掺入的少量活性燃料,有效提高了NH火焰燃烧特性。含NH燃料在富燃及中高压状态燃烧可有效降低NO排放。含NH燃料在富燃状态下燃烧能够有效降低NO排放,但是富燃燃烧效率低,故而富-贫空气分级燃烧系统被提出。本文利用CHEMKIN PRO中的化学反应器网络(CRN)模型,对空气分级燃烧系统中70%NH/30%H燃料混合物在加湿一次空气和高压条件下的燃烧进行数值模拟。NO排放研究表明,压力对NO形成过程有双重影响:(1)抑制燃料型NO在主燃烧区形成;(2)促进贫燃区热力型NO生成。NO排放量的最小值和最大值分别在总当量比为0.6和0.9时出现。加湿抑制NO在主火焰区、贫燃区形成,并促进NO在火焰区后还原,导致NO排放减少。最后,对英国卡迪夫大学的径向旋转湍流燃烧器中50%NH/50%H预混火焰应用动态增厚火焰(DTF)模型进行了大涡模拟(LES)计算研究。增大回流强度和热损失率可以降低NO绝对产率,从而减少NO排放。该燃料混合物的贫燃旋流火焰的火焰高度为40mm,火焰面厚度为0.8mm,NO排放主要是燃料型NO,燃料型NO的生成敏感于火焰温度。绝热状态下的火焰温度比非绝热状态下的高50K,NO排放比非绝热状态高2000ppm,非绝热状态预测的NO排放与实验值更为接近。OH自由基主要在回流区生成,NO在火焰面生成。该旋流燃烧器产生的回流主要分布在火焰位置,中心回流区强度主导回流强度,回流强度最大值位于火焰中部,最大值约为0.65。将LES计算所得的热损失率和回流强度代入CRN一维模拟,其能够较好预测NO排放。本文对含NH燃料的燃烧特性和排放特性进行了低维及三维的数值模拟。首先,利用自由传播预混层流火焰反应器进行数值模拟,得出了富燃状态下可有效降低NO排放等结论。由此探讨了富-贫燃空气分级燃烧系统中压力、入口温度等参数对NO排放的影响。最后对实际燃烧器内的氨燃料的燃烧特性进行了三维数值研究。

关键词：含氨燃料 NOX排放富-贫空气分级燃烧器旋转湍流火焰大涡模拟

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含氨燃料预混燃烧特性的反应动力学机理模型研究与优化

含氨燃料预混燃烧特性的反应动力学机理模型研究与优化

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作者：包钰磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

社会发展的能源需求给环境带来了诸多问题,且不可忽视。世界各国都在寻求清洁高效的燃料来替代传统化石能源。氨燃料是一种无碳的清洁能源,但由于氨单独燃烧时燃烧强度过低,限制了氨燃料的使用。而掺混氢、甲烷进行助燃,则会极大地提高... 详细信息

社会发展的能源需求给环境带来了诸多问题,且不可忽视。世界各国都在寻求清洁高效的燃料来替代传统化石能源。氨燃料是一种无碳的清洁能源,但由于氨单独燃烧时燃烧强度过低,限制了氨燃料的使用。而掺混氢、甲烷进行助燃,则会极大地提高燃烧效率。但是,目前含氨燃料燃烧特性的研究中,不同燃烧机理模型存在一定差异,且对其层流火焰燃烧速度和点火延迟特性的预测准确性仍有待提高,因此有必要对含氨燃料燃烧机理模型进行分析和优化,进而探究含氨燃料的NO生成途径,为减少其燃烧的污染物排放提供参考依据。本文在归纳总结了含氨燃料机理模型的基础上,对氨、氨氢、氨甲烷三种含氨混合燃料,探究了不同当量比以及掺混气体占比对层流燃烧速度、点火延迟时间和NO排放的影响规律。结果表明,掺混氢甲烷后层流燃烧速度得到提升,点火延迟时间降低,NO的排放有所提升,且掺混氢的效果更为明显。因此,控制含氨燃料在稍富燃下燃烧可获得较大的层流燃烧速度与较低的NO排放。本研究通过对含氨燃料燃烧机理模型的敏感性分析,探究了机理模型中有重要影响的基元反应。机理模型之间关于不同反应的敏感性差异造成了机理模型预测能力的高低。并针对层流燃烧速度与点火延迟时间分别优化开发出一套可适用于三种典型含氨燃料的燃烧机理模型。其中,氨氢、氨甲烷层流燃烧速度机理模型预测平均相对误差在10%以内,点火延迟时间机理模型预测平均误差均在5%以内。通过对NO生成路径分析,发现NH与HNO是NO形成中最重要的两个中间产物,得到了在三种含氨燃料中都存在的关键反应链NH→NH→HNO→NO。混合氢会增强反应链的反应速率,混合甲烷会新形成一条NO生成反应链NH→CH→NO。本文探究了含氨燃料的相关燃烧特性与燃烧机理模型,并优化形成了预测性准确的含氨燃料燃烧机理模型,研究的相关结论为深入理解含氨燃料的燃烧特性与实际燃烧器的应用提供了理论参考。

关键词：含氨燃料层流燃烧速度点火延迟时间 NO生成浓度反应动力学机理模型

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含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

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化工学报 2021年第10期72卷 5330-5343页

作者：毛晨林王平 Prashant Shrotriya 何宏凯 Antonio Ferrante 江苏大学能源研究院江苏镇江212013 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 燃烧与环境中心米兰Gioia del Colle(BA)70023意大利

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH_(3)火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH_(3)作为燃料的燃烧特性,对含NH_(3)燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,... 详细信息

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH_(3)火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH_(3)作为燃料的燃烧特性,对含NH_(3)燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH_(3)/CH_(4)/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH_(3)/H_(2)/air、NH_(3)/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH_(3)燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现:含NH_(3)燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O_(2)分子的消耗而生成,主要通过与NH_(i)(i=0,1,2)自由基反应消耗;含NH_(3)燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH_(3)的含NH_(3)燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。

关键词：含氨燃料预混火焰层流火焰速度一氧化氮排放数值模拟

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