空气污染各组分对甲烷超声速燃烧性能的影响

在与甲烷详细化学反应机理对比验证基础上,采用18组分24步简化反应机理模拟甲烷超声速燃烧过程,从化学动力学和热力学角度用数值方法研究了乙醇燃烧加热空气中的七种主要污染组分(H2O,CO2,O,OH,CO,H,H2)对甲烷超声速燃烧性能的影响.分析结果表明:在一定条件下,进口空气中污染组分H2O的增加造成平均比热容增加,总温降低,并作为第三体抑制甲烷的燃烧过程,使超燃室的性能下降;CO2因大分子量特性使燃气平均分子量增大,降低超燃室做功能力,H2O和CO2两组分对甲烷超燃性能都起消极作用;污染组分自由基H、O、OH和燃烧中间产物CO、H2使燃烧室燃烧效率上升,对甲烷超燃性能起积极作用.     

甲烷—空气燃烧中NOx生成的简化模型研究

用特征值－特征向量法对甲烷－空气燃烧时ＮＯＸ生成的化学反应机理进行了简化，得到了仅由１５个基元以应组成的简化反应模型。对比计算结果表明，该模型能在较宽燃空比内与全面模型很好吻合，因而可望用于燃烧过程数值模拟时对ＮＯＸ生成的预测     

旋流煤粉燃烧的一维综合数值模拟

发展了综合考虑气－固两相旋流流动，气相燃烧，颗粒相变与燃烧及两相辐射传热的旋流煤粉燃烧－维数学模型，给出了气－固两相能量方程中颗粒相就源项的计算表达式，应用这一模型对涡旋燃烧炉环形通道内多组工况的旋流气体燃烧和煤粉燃烧进行了数值模拟，计算得到的炉内温度分布和燃烧效率与实验数据基本相符，表明本文建立的模型可用于旋流煤粉燃烧的一维综合数值模拟。     

三维直接数值模拟部分预混发动机内的燃烧过程

采用三维直接数值模拟方法研究了一个类似于部分预混燃烧(PPC)发动机条件下高辛烷值燃料PRF70的着火过程。文章采用了简化的PRF化学动力学机理,包含33个组分和38步基元反应。计算中根据发动机的几何尺寸和真实运行工况加入了气缸内压缩/膨胀的效果,并考虑了燃料的两次喷射,其中第一次喷射形成了较均匀的混合气,第二次燃料喷射增加了混合物分层。研究发现,PPC的燃烧过程非常复杂,是均质压燃、预混燃烧和扩散燃烧三种主要燃烧模式的结合。在两次燃料喷射之间的区域为近化学计量比燃烧,是氮氧化物的生成区;而在化学计量比(φ)大于2的区域,混合不充分聚集了大量未燃碳氢和CO。文章使用Marching cube算法捕捉了三维火焰锋面随时间的变化。最后,使用反应锋面上高斯曲率(k_g)与平均曲率(k_m)的联合概率密度函数(PDF)以及平均曲率随时间变化的概率密度函数,揭示了球形火焰锋面和马鞍形火焰锋面的存在,前者占主要地位,并且随着燃烧的进行,负曲率增加,主要是因为中心的燃料浓区在逐渐消耗。     

燃煤锅炉空气分级燃烧降低NOx排放的数值模拟

为了降低燃煤电站锅炉的NOx排放量，在阐述空气分级配风方法降低NOx生成机理的基础上，应用CFD计算软件FLUENT 6.0，对一台330?MW电站锅炉采用空气分级配风方式，对其炉内燃烧过程进行了冷态、热态的数值模拟。分析比较了NOx排放的测试数据与模拟数据。结果表明，旋流燃烧器对冲布置的锅炉炉内空气呈对称分布，炉内温度沿炉膛高度先升高，然后又略有降低。炉内燃烧区温度最高，O.2体积分数最低，NOx密度最高，随着炉膛高度的增加，温度和NOx密度逐渐降低。对现有锅炉在不进行结构改造和不增加设备投资情况下，通过对某些燃烧器功能的适当调整，运用空气分级技术达到了降低NOx的目的。     

苯氯乙酮焚烧销毁机理及作业参数优化

根据燃烧理论和苯氯乙酮的化学结构,分析了焚烧法销毁苯氯乙酮的反应机理和影响焚烧销毁效果的主要因素,确定了苯氯乙酮完全燃烧的反应产物与反应方程式。 通过焚烧实验研究了一燃室和二燃室温度、单次进料量、进料时间间隔对苯氯乙酮焚烧销毁效果的影响,据此优化确定了利用特种危险化学品焚烧销毁装置焚烧销毁苯氯乙酮的主要作业参数。 结果表明,在过剩空气系数为2.5、单次进料量400 g、一燃室温度800 ℃、二燃室温度1200 ℃、进料时间间隔3 min的条件下,利用实验设备能科学有效焚烧销毁苯氯乙酮。     

O2和CO表面催化反应的活性位分布模型

对于O_2和CO表面催化反应，建立了一个新的不可逆Monte Carlo模拟模型。在 二维格子中，引进了表面活性位和非活性位的要领。模型假设，一定浓度的活性位 随机分布在非活性位上，形成了活性位分布的二维格子模型反应器，并在ZGB模型 的基础上，考虑了氧原子和CO分子的表面扩散，特别是引进了吸附粒子的定向表面 扩散。其中，活性位和活性位最近邻是表面吸附物质反应的活性中心，而非活性位 的作用是通过表面扩散传质。当活性位浓度C_a = 1且考虑扩散时，模型还原为增 加了扩散的ZGB模型。当活性位浓度C_a = 1且只考虑氧的扩散时，模拟结果表明， 扩散几率达到某一数值（0.3）时，二级相变点完全消失。当活性位浓度C_a逐渐减 小时，单位活性位产生的CO_2的速率不断增大，这表明活性位的利用率提高了。     

新型节能添加剂在烧结中的应用研究

烧结料层中碳的燃烧主要有以下特点:料层中燃料较少且分散(含碳量为3～8%);燃烧层的高度比较小(15～50ｍｍ);氧化带较宽,还原带较窄;离开料层的废气中存在着剩余的氧气等。在这种情况下,ＣＯ2不能顺利地被还原成ＣＯ,而ＣＯ有可能遇到空气中的氧进一步氧化,也有可能被铁氧化物氧化。但由于料层下部氧的浓度低,ＣＯ不能完全氧化成ＣＯ2,故二次反应在烧结过程中的发展受到限制。而二次反应对碳粒的燃烧和燃烬至关重要。因此,要强化烧结料层中燃料的燃烧,提高燃料的燃烬率,则必须强化燃料的二次燃烧过程。为了达到上述目的,除了改进设备和工艺…     

煤焦在燃烧过程中孔隙结构变化的模拟

煤焦在燃烧过程中的物理特性，如比表面积和孔径分布会发生连续变化，直接测量煤焦在燃烧过程中的孔隙结构变化很困难，但可以通过合适的数学模型来观察，二维的圆柱孔模型已大量用来对煤焦气化与燃烧过程中表面积和孔隙结构的变化进行模拟，这个模型把孔隙分成两大部分－－大孔与小孔，因为小孔构成比表面的绝大部分，所以在反应过程中比表面积的变化可以由单一小孔模型来拟合，本文采用了用Ｔｓｅｎｇ和Ｅｄｇａｒ提出的孔模型对几     

喷嘴入射角对微型燃气轮机燃烧室性能影响的数值模拟

为了从结构方面改善Capstone C30微型燃气轮机燃烧室性能,选用预混燃料喷嘴入射角分别为25°、30°、35°、40°、45°来研究燃烧室的流场、温度场、NO_x生成分布。通过Fluent数值模拟软件,采用Standardk-ε双方程模型来封闭求解N-S方程,有限速率/涡耗散模型模拟燃烧化学反应,热力型和快速型NO_x模拟燃烧生成的NO_x,SIMPLE算法进行流场计算。结果表明:在入口条件不变的情况下,随着入射角不断变大,回流区尺寸不断增加,有利于稳定燃烧,流场分布更为合理,而出口温度不均匀系数和NO_x排放浓度震荡变化,综合分析,当入射角为45°时是最佳入射角,NO_x排放浓度和出口温度不均匀系数均有大幅改善。     

Integration of biomass drying with combustion/gasification technologies and minimization of emissions of organic compounds

Moisture content (MC) of green biomass or raw biomass materials (wood, bark, plants, etc.) commonly exceeds 50 mass % (wet basis). The maximum possible MC of biomass fuel for big scale combustion (e.g. fluidized bed combustion with low external heat losses) is approximately 60–65 mass %. Higher biomass MC generally causes operational problems of biomass combustors, lower stability of burning and higher CO and VOC emissions. Gasification of biomass with higher MC produces fuel gas of lower effective heating values and higher tar concentrations. In this review, various technological schemes for wood drying in combination with combustion/gasification with the assessment of factors for possible minimization of emissions of organics from the drying processes are compared. The simple direct flue gas biomass drying technologies lead to exhaust drying gases containing high VOC emissions (terpenes, alcohols, organic acids, etc.). VOC emissions depend on the drying temperature, residence time and final MC of the dried biomass. Indirect biomass drying has an advantage in the possibility of reaching very low emissions of organic compounds from the drying process. Exhaust drying gases can be simply destroyed as a part of the total combustion air (gas) in a combustion chamber or a gasifier. Liquid, condensed effluents have to be treated properly because they have relatively high content of organic compounds, some of them accompanied by odor. Drying of biomass with superheated steam offers more uniform drying of both small and bigger particles and shorter periods of higher temperatures of the dried biomass, particularly if drying to the final MC below 15 mass % is required. In practical modern drying technologies, biomass (mainly wood) is dried in recirculated gas of relatively high humidity (approaching saturation) and the period of constant rate drying is longer. Drying of moist wood material (saw dust, chips, etc.) is required in wood pellet production. Emissions of organics in drying depend on biomass properties, content of resins, storing time and on operational aspects of the drying process: drying temperature, drying medium, final MC, residence time, and particle size distribution of the dried biomass (wood). Integration of biomass drying with combustion/gasification processes includes the choice of the drying medium (flue gas, air, superheated steam). Properties of the drying media and operational parameters are strongly dependent on local conditions, fuel input of the combustion/gasification unit, cleaning of the exhaust drying media (gas, steam, wastewater), and on environmental factors and requirements.     

Influence of torrefaction on the devolatilization and oxidation kinetics of wood

Devolatilization and oxidation kinetics of torrefied wood have been studied by evaluating thermogravimetric curves measured in nitrogen and air at various heating rates. Samples consist of Norway spruce wood chips torrefied at several process temperatures and residence times. Data about untreated wood have also been obtained for comparison. Measured curves are well predicted by means of a five-reaction mechanism, consisting of three devolatilization reactions for the pseudo-components hemicellulose, cellulose and lignin and, in air, of two additional reactions for char devolatilization and combustion. The torrefaction pre-treatment only requires model modifications in the amounts of volatiles generated from the decomposition of pseudo-components, indicating that only their relative percentages and not their reactivities are modified. On the other hand, a slightly different thermal stability is found for the char generated from torrefied wood, which results in higher activation energy and lower reaction order for the oxidation step. Hence torrefaction conditions can affect the subsequent conversion characteristics of the char product.     

循环流化床燃煤过程NO、N2O和SO2的排放行为研究

在30kW循环流化床装置上进行了中国西部三种煤的燃烧实验，考查了燃烧温度、空气分级、空气过剩系数、固体颗粒循环料率和煤种等因素对NO、N2O、SO2污染物排放的影响。结果表明，强化空气分级可显著降低高挥发分煤种NO的生成量，但对N2O影响不大；增加空气过剩系数同时增加了NO与N2O的排放；增加固体循环料率显著降低NO生成量，但N2O排放略有增加；高阶煤燃烧生成较多N2O，低阶煤生成较多NO。燃烧温度1120K、过剩空气系数1.25下约85%燃料中N转化为N。实验范围内改变操作参数不影响SO2与CO排放量。     

稻壳生物油的燃烧及污染物排放特性研究

对稻壳生物油在空气气氛下进行了热重分析,并计算得到生物油的挥发、降解和残炭燃烧的活化能分别为63.11kJ/mol、81.01kJ/mol和161.29kJ/mol。在自砌的小型工业窑炉上开展了生物油燃烧实验,研究了生物油的点火工艺和燃烧污染物的排放规律。通过调整喷雾速度和喷嘴结构,在炉膛预热并使用明火点火源的情况下,生物油可以顺利点火。生物油燃烧容易生成CO,提高过量空气系数能有效地控制CO的生成,但同时会生成更多的NOx。在生物油中添加甲醇和乙醇助剂后,点火容易,燃烧温度提高,尾气中CO和NOx含量都一定程度的下降。     

空气污染组分H2O和CO2对乙烯燃烧性能的影响(II)——反应机理和动力学模拟

超燃冲压发动机在高空工作时, 以高温高速纯净空气作氧化剂使燃料燃烧. 但在地面实验中, 高温空气往往通过燃烧加热方式获得, 会使空气中含有H2O和CO2等污染组分. 本文用活塞流反应器进行动力学模拟, 研究在不同初温、压强和燃气比的条件下, H2O和CO2污染组分对乙烯燃烧的温度、压强和点火延迟时间等特性的影响. 模拟结果表明: 乙烯在含有H2O/CO2污染物的空气中燃烧, 相比纯净的空气而言, H2O对乙烯的点火有一定的促进作用, 而CO2有一定的抑制作用; 空气中含H2O和CO2污染物使乙烯燃烧的平衡温度和压强降低, 在污染物浓度相同时, CO2引起的下降幅度比H2O的大. 模拟结果能较好地解释现有的实验现象.     

O2/CO2气氛下石灰石煅烧与硫化反应研究

富氧燃烧技术是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。本文对O2/CO2气氛下煤燃烧流化床条件下的石灰石煅烧分解特性进行了热力学分析，并与热重试验结果进行了对比，得出石灰石的起始分解温度随O2/CO2气氛中CO2分压比的增大而增加，但增幅减小。结合小型流化床试验装置上煅烧与硫化反应过程中的石灰石样品的孔结构特性和可视化SEM分析，得出空气气氛和O2/CO2＝20/80气氛在煅烧与硫化反应过程中的孔结构特性差异很大：反应温度为1 123 K时，空气气氛下石灰石迅速分解，比表面积、孔隙率增大，硫化反应发生后孔堵塞导致比表面积、孔隙率减小；1 123 K的煅烧温度还不足以使O2/CO2＝20/80气氛下的石灰石分解，硫化反应过程中还伴随着石灰石的煅烧分解。     

煤粉锅炉NOX排放特性及控制的研究

对电站煤粉锅炉NOx生成特性进行了详细的研究，获得锅炉负荷、过量空气系数、热风温度、制粉系统运行方式、燃烧器配风形式、煤种等与NOx生成的关系，并就降低NOx的措施与锅炉效率的关系进行了分析，在此基础上提出电站煤粉锅炉在不影响锅炉燃烧效率的前提下，进行低NOx优化运行的方法，通过燃烧调整来达到控制NOx排放的目的。     

Protective Effect of Water against Toxicity of Pyroiysis and Combustion Products of Wood and Polyvinyl Chloride)

The toxicity by inhalation of combustion and pyroiysis products of a PVC and a wood (Douglas Fir) has been studied by the physiogram method, in the rabbit in controlled ventilation and by the mask cage method in spontaneous ventilation. The protecting effect of water was evaluated by trapping the gases and vapors with an impinger placed on the air flow just before the animals. Combustion and pyrolysis products were generated by an annular furnace moving along a strip of samples. The temperature of the furnace was 400°C for smoldering conditions and 850°C for flaming conditions. CO, CO₂, 0₂, and HC1 were determined in the atmospheres; pO₂, pCO₂, pH, CO, COHb in the animals' blood and EEG, EKG, and arterial pressure were recorded. The animals are very significantly protected by water against PVC fumes (HC1 is very soluble in water) and in part protected against fumes from combustion of wood. In both cases, CO is not trapped and seems to be then the determinant toxicant.     

空气污染组分H_2O和CO_2对乙烯燃烧性能的影响(Ⅱ)——反应机理和动力学模拟

超燃冲压发动机在高空工作时,以高温高速纯净空气作氧化剂使燃料燃烧.但在地面实验中,高温空气往往通过燃烧加热方式获得,会使空气中含有H2O和CO2等污染组分.本文用活塞流反应器进行动力学模拟,研究在不同初温、压强和燃气比的条件下,H2O和CO2污染组分对乙烯燃烧的温度、压强和点火延迟时间等特性的影响.模拟结果表明:乙烯在含有H2O/CO2污染物的空气中燃烧,相比纯净的空气而言,H2O对乙烯的点火有一定的促进作用,而CO2有一定的抑制作用;空气中含H2O和CO2污染物使乙烯燃烧的平衡温度和压强降低,在污染物浓度相同时,CO2引起的下降幅度比H2O的大.模拟结果能较好地解释现有的实验现象.