不同煤种下单颗粒煤粉着火特性研究

煤粉颗粒的着火特性研究对于工业锅炉中煤的高效清洁利用和燃烧器稳定安全的运行具有十分重要的作用。本文基于平面火焰燃烧器,搭建了连续激光辅助高速摄像的光学测量系统,并结合自行开发的颗粒识别与追踪算法、着火时间判定方法、双色测温法等方法,开展了对不同煤种着火方式、着火延迟、着火温度等特性的研究。结果表明:烟煤和褐煤的着火方式为均相着火,且褐煤在脱挥发分过程中存在煤粉颗粒破碎的情况,而无烟煤的着火方式为异相着火;煤等级越低的煤着火延迟时间越短,着火时颗粒温度越低,着火越容易。     

煤粉再燃脱硝效率与着火状态之间的关系

在一维炉上采用煤粉作为再燃燃料进行了脱硝的实验研究,发现脱硝效率随再燃区氧浓度的增大呈现非单调的变化规律.采用煤粉气流均相着火模型和炭粒非均相热力着火模型对煤粉再燃脱硝效率与其着火状态的相互作用进行了研究.煤粉均相着火之前,脱硝效率随氧浓度的增加而上升,均相着火之后,脱硝效率明显下降并逐渐达到一个谷点.氧浓度进一步增大时,煤粉发生非均相着火,颗粒温度升高,异相脱硝效率升高,它的作用开始占优,总体脱硝效率再次上升.     

不同重力环境下辐射加热材料表面着火特性分析

研究外界辐射加热下，不同重力环境中热薄燃料的着火特性．探讨了重力、环境氧浓度、环境压力及外界辐射强度对着火的影响．结果表明，随着重力的变化，存在不同的着火机制．在微重力和在高的环境氧浓度中，材料的着火延迟时间变短．压力减小，着火延迟时间增大．随着辐射强度的增大，着火延迟时间变小．     

O_2/CO_2气氛下不同密度煤粉燃烧特性研究

本文将大同烟煤分为低(1.4 g/cm~3)、中(1.4～2.0 g/cm~3)、高(2.0 g/cm~3)3个密度段,进行不同密度原煤的工业和元素分析,利用热重分析仪研究了O_2/N_2、O_2/CO_2气氛(不同氧气浓度下)各样品的燃烧特性,并开展了反应动力学分析。结果显示在O_2/CO_2气氛下,随煤粉密度增加,煤粉最大失重速率减小,最大放热速率减小,燃尽温度升高;提高氧气浓度可降低燃尽温度。与O_2/N_2气氛相比,在氧气浓度相同的条件下,各样品在O_2/CO_2气氛下的着火温度、燃尽温度、表观活化能均升高。     

基于分子运动对流换热和热辐射下煤粉颗粒群粒子的加热分析

本文建立了在烟气对流加热和辐射状态下的煤粉颗粒群加热模型,通过数值模拟,模拟研究了不同锅炉炉膛尺寸下不同煤粉粒子粒径的煤粉群粒子加热时间以及粒子温升的关系,对对流换热和辐射换热在着火热源中所占比重进行了分析,模型很好的模拟了粒子的升温,能够较好的反映出煤粉粒子加热升温机理,为煤粉射流微元加热及着火提供了计算方法。     

煤粉在O_2/N_2和O_2/H_2O气氛下着火的实验研究

本文阐述了煤粉颗粒在O_2/N_2和O_2/H_2O气氛下着火的实验研究,氧气浓度为21%,30%,35%,40%和50%。实验在滴管炉中进行,采用高速摄像仪来记录煤粉颗粒在炉内的燃烧情况。实验中采用了烟煤(SF)和贫煤(XW)两种煤粉颗粒,粒径为97~105μm。实验结果表明在相同的氧气浓度下,煤粉颗粒在水蒸气气氛下的着火点位置比在氮气气氛下提前,可能的原因是高水蒸气浓度下水蒸气气化反应和水气转换反应的存在。煤阶对着不同气氛下火点位置间隔有较大的影响。     

镁颗粒群非稳态着火过程数值模拟

建立了镁颗粒群着火的一维非稳态有限影响体模型, 数值模拟颗粒群中镁颗粒的着火过程. 研究表明, 当镁颗粒表面反应加剧之后,颗粒相温度急剧上升, 迅速达到着火, 而其周围气相的温升速率却远小于颗粒的温升速率; 在着火过程中气相温度只在颗粒表面附近升高比较明显, 整体温度升高不大. 分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火的影响. 随颗粒浓度的增加, 颗 粒群变得易于着火, 其着火时间变短, 但颗粒浓度增大到一定程度后, 继续增大该值将对颗粒群的着火起消极作用. 环境压力对颗粒群着火的影响比较小,在1-5 atm范围内颗粒群的着火性能基本不变. 气相中氧气浓度对颗粒群的着火性能影响也不显著, 但当氧气浓度过小时, 对着火过程的影响将大大增强.颗粒粒径、气相/颗粒相初温、辐射源温度对颗粒 群着火的影响巨大,小粒径、高温度促使颗粒群快速着火.数值模拟与文献中试验 结果的变化趋势相一致.     

飞灰未燃碳的激光诱导击穿光谱定量分析

为了验证LIBS测量飞灰中碳含量变化的能力,本文将煤粉与飞灰按照一定比例均匀混合,得到24种含碳量不同的样品.在不同延迟时间下进行激光诱导击穿光谱实验,得到温度指标发射强度比I_(Mg1)/I_(Mg2)随延迟时间的增大而减小,纯飞灰样品的发射强度比I_(Mg1)/I_(Mg2)的数值明显大于其他混入煤粉的样品.样品中发射谱线强度比IAl/ISi1随温度指标I_(Mg1)/I_(Mg2)的增大而减小.飞灰样品加入煤粉后,对等离子体的温度变化有明显影响.同时引入多元分析的方法,将样品中C、Al、Mg、Ca、Fe等元素谱线强度与Si元素谱线强度的比值作为多元回归分析的自变量,碳元素浓度作为因变量,建立不同延迟时间下的回归方程.结果表明,采用多元分析的方法进行定量计算,根据回归模型得到的预测值与参考值之间的误差基本在9%以内.     

弱浮力下导线绝缘层着火先期特性的研究

本文在低压弱浮力环境中模拟了微重力过载电流时导线绝缘层的着火先期过程,研究了压力对绝缘层着火先期特性的影响。结果表明,2 A时,绝缘层的温升率和最终平衡温度随压力降低而不断增大,模拟出了微重力下绝缘层的温升特性;10 A时,随着压力降低,绝缘层存在三种破坏机制;在不同区域压力对着火延迟时间的影响不同。最后,提高环境氧气浓度修正了低压对化学反应速率的抑制。结果表明,当压力在一定范围内降低时,随着氧气浓度的提高,绝缘层的着火极限范围拓宽,着火延迟时间缩短,可以初步模拟微重力下绝缘层的着火先期过程。     

直接数值模拟浓度和温度分层下庚烷的点火

使用二维直接数值模拟方法研究HCCI发动机条件下浓度和温度不均匀性对庚烷点火过程的影响。计算中考虑了详细的组分输运过程、活塞运动带来的气体压缩效应以及简化的庚烷化学动力学机理。二维直接数值模拟展示了燃料的负温度系数(NTC)特性对点火过程的影响,结果表明浓度分层增加使得第二阶段点火延迟时间缩短;温度分层增加,点火延迟时间增加,与具有单一阶段点火特性的燃料相反。之后使用相同DNS程序计算了一维算例,发现初始温度在NTC以内,并且温度与浓度不相关时,浓度分层对点火过程起主导作用,浓度高温度较低的区域先着火;初始温度在NTC以外,并且温度与浓度负相关时,存在一个最容易着火的区域:浓度和温度都较高的地方先点火。     

利用OH自由基特征发射谱测量正庚烷的点火延迟时间

在化学激波管中利用反射激波进行点火,采用OH自由基在306.4nm处特征发射谱线强度的急剧变化标志燃料的着火,由光谱单色仪、光电倍增管、压力传感器和示波器组成测量系统,测量了正庚烷/氧气的点火延迟时间,点火压力(1.0±0.1)和(0.75±0.05)atm,点火温度1 170～1 730K,当量比1.0,得到了在此实验条件下正庚烷/氧气点火延迟时间随温度变化的关系式。研究结果表明正庚烷/氧气点火延迟时间随温度的增加呈指数减小,点火压力为0.75atm时,随着点火温度的增加,点火延迟时间的变化率要小于1.0atm条件时。实验结果为建立正庚烷燃烧反应动力学模型,验证正庚烷燃烧反应机理提供了实验依据。     

湍流条件下煤粉颗粒群着火特性实验研究

本文搭建了平面火焰携带流反应器系统,研究了不同煤粉条件下煤粉颗粒群湍流射流着火特性。实验表明,湍流射流速度下低挥发份煤着火表现出扩散状暗红色火焰形态;随挥发分含量的增大,火焰亮度增加,并且在一定高度处发展为颗粒群群燃着火。随给粉量的增大,着火延迟呈现先减小后增大的趋势,最佳给粉浓度为0.75~1.00 kg/m~3。随粒径的减小,加热速率更快,挥发分大量析出使得火焰亮度增加;并且颗粒间的相互作用增强,更早出现颗粒群的群燃现象。     

高浓度煤粉火焰中煤质对最佳煤粉浓度的影响

高浓度煤粉火焰对装有浓淡燃烧器的煤粉燃烧系统的着火具有十分重要的作用。本文在一简化的燃烧系统和一配备浓淡燃烧器的1 MW切圆煤粉炉内进行了大量试验,研究了煤质对最佳煤粉浓度C_(opt)的影响规律,在该最佳煤粉浓度下燃烧系统具有最高的火焰温度及最低的飞灰含碳.试验结果表明:对于所有的高浓度煤粉火焰均存在一最佳的煤粉浓度,着火特性差的无烟煤的最佳煤粉浓度显著高于着火特性更佳的烟煤,该最佳煤粉浓度随着煤质发热量Q与挥发分V乘积的增大而降低,并存在一经验公式C_(opt)=1.069-0.051·10~(-5)·V·Q。     

气相温度脉动对煤粉颗粒挥发分释放的影响

本文在不同的气相平均温度条件下,研究了气相温度脉动对不同粒径煤粉颗粒挥发分释放的影响。计算结果表明,与不考虑气相温度脉动相比,气相温度脉动加快了煤粉颗粒瞬时质量的下降即挥发分的释放。随着气相温度脉动强度的增加,这种加快颗粒瞬时质量下降即挥发分释放的趋势更为明显。     

基于快速压缩机的二甲醚掺氢着火延迟特性研究

在温度范围650~830 K,上止点压力1.94~2.45 MPa,当量比0.83~1.25,氮气稀释率89.74%实验条件下,本文利用快速压缩机(RCM)研究了掺氢比、当量比和上止点压力对DME/H_2/O_2/N_2混合气着火延迟期的影响。利用CHEMKIN-PRO软件在更宽广温度范围内对混合气着火延迟进行了同等条件下的模拟计算。结果表明:随着掺氢比的增加,DME/H_2/O_2/N_2混合气第一阶段着火延迟期变化不大,总着火延迟期延长;随着当量比及上止点压力的增加,混合气第一阶段着火延迟期变化不大,总着火延迟期逐渐缩短。     

H2-O2(N2)混气着火过程非线性特性研究

本文采用基元反应模拟H2-O2(N2)混合气体的着火过程,得到了不同散热和不同燃料-氧化剂初始浓度比条件下着火临界曲线。结果表明: H2/O2摩尔比相同时,不同散热条件下的着火临界曲线非常相似,可近似看成同一曲线在第二区的“延伸线”上滑移。临界曲线第二区的P—T关系符合2k1=ks[Ms]。散热对着火极限的影响和着火延迟时间有密切关系,在临界曲线第二区延迟时间最小,导致散热对该区的影响最弱,从而使着火临界曲线非常相似。     

乙烯着火延迟的激波管测量与分子碰撞理论分析

在75%和96%两个不同的稀释度下,测量了乙烯/氧气/氩气混合气的着火延迟时间,实验当量比为1,压力为1.3-3.0 atm,温度为1092-1743 K.实验结果表明,着火延迟时间的对数与温度倒数呈良好的线性关系,在两个稀释度下,着火延迟时间随着温度增加而减少.通过回归分析,得到了乙烯着火关联式.计算得乙烯着火延迟在96%稀释度时是75%稀释度的5倍.采用分子硬球碰撞模型,计算了不同稀释度下,乙烯与氧分子的碰撞次数,在96%稀释度下,乙烯与氧气分子碰撞次数为1.53×10²⁹/（s·cm³）,而在75%稀释度下,该碰撞次数增加为5.99×10³⁰/（s·cm³）,约为前者40倍,而着火延迟时间的差异在两条件下仅为5倍的关系,可能由于位阻因子的影响所致.     

轻组份燃料对乳化油蒸发与着火影响的研究

本文研究了较组份添加剂对单滴乳化油着火规律的影响。实验采用挂滴法。实验中,测量了体积比为十二烷：正庚烷：水6：0：4,5：1：4,4：2：4,3：3：4的着火延迟时间。实验结果和数值计算表明,在乳化油中加入易挥发添加剂能有效缩短乳化油的着火延迟时间,着火延迟时间随着添加剂加入量的增加而缩短,当易挥发添加剂含量较大时,着火延迟随着添加剂加入量的增加,变化越来越缓慢。这一结果对解决在掺水量大的条件下保证柴油机中乳化燃料的正常点火与启动具有实用价值。     

煤颗粒热解的传热传质分析

采用分布活化能模型及能量守恒方程对煤颗粒热解的传热传质过程建立数学模型,模型考虑煤热解的吸热效应及挥发分逸出时对流换热的影响.与有关煤粉和大颗粒煤热解的实验数据对比,对模型进行验证.针对煤颗粒的温度变化过程和煤热解过程进行数值分析,研究煤热解的吸热效应、挥发分气体逸出的对流效应、颗粒尺寸等参数的影响.     

大速差射流预燃室煤粉燃烧的颗粒轨道法数值模拟

本文用颗粒轨道模型对流场复杂的二维大速差射流燃烧室内煤粉燃烧进行了数值模拟,给出了包括热态气相流场、温度场和浓度场等在内的各种气相场分布,同时也给出颗粒轨道及其速度、温度、质量等的变化。模拟结果再次揭示了该燃烧室内流动和燃烧的主要物理特征,并着重指出煤粉颗粒在燃烧室内的行为对火焰稳定的重要影响。