废木料焚烧炉燃烧过程的数值模拟

采用数值模拟方法研究了废木料焚烧炉的流动与燃烧状况，以预见不同条件下废木料燃烧与污染物的排放。应用RNG k-ε双方程模型联合几率分布函数（pdf）的组分输运方程，结合颗粒轨道模型对废木料焚烧炉进行数值模拟，计算结果揭示了各种燃烧条件下，燃烧室内的速度场和温度场分布及CO等浓度分布。仅供一次风的情况下，二燃室出口温度高，CO燃烬效果较差；在合适的二次风供给的情况下，总的过量空气系数较小，对燃烧效果改善明显。     

油泥焦流化床燃烧NO_x释放特性及控制

为无害化处理油泥焦,采用小型流化床反应器,研究了不同温度、不同颗粒粒径下油泥焦的燃烧氮氧化物释放特性,并借助空气分级燃烧技术降低NO_x排放。SEM电镜和物理吸附结果表明,油泥焦颗粒表面结构致密、孔道稀疏,不利于其内部有机质充分燃烧。燃烧实验结果表明,油泥焦燃烧产生的NO_x主要来源于焦炭氮,来自挥发性氮的较少。适当降低燃烧温度、减小颗粒粒径既能保证油泥焦充分燃烧,又能抑制氮氧化物排放。实施空气分级燃烧时,通过优化过量空气系数、二次风比例和二次风入口位置,能够获得显著的NO_x减排效果,同时可以有效抑制飞灰产生,有助于烟气终极处理。     

中国东部地区大气臭氧及前体物本底变化规律的初步研究

根据临安地区观测分析及数值模拟结果,我国中纬度东部地区O_3及其前体物NO_x等成分偏高,可以对农作物和地表生态系统产生影响。根据NO_x与SO_2浓度的相关性表明,局地植物体燃烧也是NO_x的重要排放源。观测和模拟结果都表明近地层大气O_3浓度主要决定于地面总辐射量控制下的光化学反应过程,O_3的生成受到前体物NO_x的控制,但O_3与NO_x存在着明显的非线性关系。中国东部发达地区的CO,CO_2,CH_4和碳黑与青海高原干净地区同期平均值相比要高得多,这说明我国社会发展和人类活动对大气本底的影响。     

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。     

煤燃烧过程中加石灰石脱硫对NOx排放影响的研究

讨论了煤燃烧过程中NO_x的析出特性和各种因素的影响。实验表明,加石灰石脱硫将使NO_x排放量上升,但是通过选择适当的运行参数,如温度、氧浓度、Ca/S比等和吸收剂种类,可以大大缓解脱硫与降低NO_x排放之间的矛盾。实验温区为600—1150℃,包括了流化床燃烧的温度范围,部分结果在流化床燃烧器上作了验证。     

双燃料发动机缸内分层激光诱导荧光实验及化学动力学模拟研究

双燃料压燃（RCCI）是一种很有前景的发动机新型燃烧方式,能在小负荷到中高负荷范围内实现发动机高效清洁燃烧,为了将RCCI拓展到更高负荷,需要对其缸内燃油分层和燃烧过程开展更深入研究。本文在一台双燃料光学发动机上采用燃油-示踪剂平面激光诱导荧光法（PLIF）,对RCCI着火前缸内燃油分层进行定量测量,选用甲苯作为示踪剂,利用266 nm脉冲激光激发甲苯荧光,发动机转速1200 r·min^-1,平均指示压力6.9×10⁵ Pa,气道喷射异辛烷,缸内在上止点前10°喷射正庚烷。采用燃油-气体绝热混合假设,对PLIF测量结果进行温度不均匀性修正,以上止点后5°曲轴转角下的测量结果为例,不修正相比修正测试区域内的最大当量比高估15%。根据实验结果,利用Chemkin软件分析了活性、浓度和温度分层对燃烧滞燃期的影响,结果显示燃料活性分层和浓度分层共同决定RCCI的着火滞燃期,其中活性分层影响要大于浓度分层,而温度分层对着火滞燃期影响很小。RCCI燃烧过程自发光的高速成像结果表明,着火过程首先出现在燃烧室边缘的高活性区域,随后火焰向燃烧室中心处的低活性区域发展,碳烟辐射光图像显示碳烟主要形成于燃烧室边缘的高活性区域。     

无氧条件下Pd/CeO2催化剂表面NH3还原NO过程中N2O形成机理研究

氮氧化物(NO_x,主要包括NO和NO_2)是主要的大气污染物之一,造成酸雨,光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题,甚至直接危害人体健康.化石燃料燃烧和汽车尾气排放是NO_x的主要来源,严格控制火力发电厂,大型锅炉,汽车尾气等污染源中NO_x的排放刻不容缓.以NH_3为还原剂选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)是目前公认的最有效的NO_x脱除技术,然而在催化NO_x还原为N_2的过程中往往伴随着副产物N_2O的生成,降低了催化剂的选择性,造成温室气体效应和破坏臭氧层等环境问题.因此充分理解NH_3-SCR过程中N_2O的形成机理对于抑制N_2O的产生、提高催化剂的选择性十分重要.本文将高度分散的Pd纳米团簇负载在Ce O_2纳米棒上制成Pd/Ce O_2催化剂,结合NH_3-TPD, NO-TPD和原位傅里叶转换红外光谱等表征手段研究了无氧条件下该催化剂上利用NH_3催化还原NO过程中N_2O的产生路径.结果表明, N_2O的形成途径与反应温度和反应气体的浓度相关.当反应气体中NH_3含量大于化学计量比时,在反应温度低于200°C时,由NH_3活化产生的吸附态H·自由基与催化剂表面吸附的NO反应先生成中间产物HON,两个HON分子进一步反应生成N_2O;过量的吸附态的H·自由基也可以与HON反应生成N_2,所以低温下(200°C)随着反应气氛中NH_3的增加,解离生成的H·也随之增加,促进反应向着生成N_2的方向进行,从而抑制了N_2O的产生.随着反应温度增加, NH_3解离产生的H·被CeO_2表面的O捕获形成羟基,中间产物HON的生成被切断,从而阻断了N_2O的生成.同时由于体系中含有大量的NH_3,吸附态的NO会优先与活化态的NH_3物种反应生成N_2,阻碍了NO解离生成N_2O这一过程的发生,因此NH_3过量情况下在高温下观察不到N_2O的产生,可获得100%的N_2选择性.但是当反应气体中的NH_3含量不足时,即体系中含有过量的NO,当反应温度高于250°C, NO可在催化剂表面解离生成吸附态的N·自由基和O·自由基, N·自由基可进一步与吸附态的NO反应生成N_2O, NO的解离是N_2O生成的速控步,还原性吸附物种对O·自由基的捕捉将有利于N_2O的生成.当反应温度介于200–250°C, NH_3解离产生的H·自由基既可以与NO结合生成HON中间产物,又能被CeO_2表面的O捕获形成羟基,两个反应之间存在竞争,此时N_2O产生与反应气体浓度之间的关系不再呈单调变化.     

预混天然气在多孔介质燃烧器中的燃烧与传热

在一台小型渐变型多孔介质燃烧器上进行了预混天然气燃烧与传热试验研究,探讨了天然气速度和多孔介质厚度对多孔介质燃烧室的温度分布、排烟温度和流动阻力的影响。结果表明,天然气在渐变型多孔介质燃烧器中燃烧稳定,燃烧室与水冷夹套间的换热受天然气速度和多孔介质厚度影响,换热效果比空管中燃烧明显增强,同时预混天然气通过多孔介质的进出口压差随着天然气速度和多孔介质厚度的增加而增加。     

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。     

贫煤O_2/CO_2气氛下燃烧时内在矿物质对SO_2和NO_x排放特性的影响

利用管式炉反应器在550-1 000℃对长治贫煤和脱矿物质煤分别在空气和O_2/CO_2气氛进行了燃烧实验。利用XRF、XRD等分析手段,对煤样的基本性能进行了分析表征,并采用热分析仪(TG-DTG)以及傅里叶红外气体分析仪(AntarisIGS)对贫煤燃烧过程中的燃烧特性和SO_2和NO_x释放规律进行了研究。结果表明,与原煤相比,脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度有所降低;O_2/CO_2气氛下,原煤和脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度都升高,说明当O_2浓度为20%时,空气气氛比O_2/CO_2气氛更易于着火和燃烬。此外,与长治原煤相比,脱矿物质煤在相同条件下燃烧时SO_2的释放量明显提高,而NO_x的释放量却有所降低。O_2/CO_2气氛下原煤燃烧时SO_2浓度比空气气氛下的要高,而脱矿物质煤燃烧时释放的SO_2浓度明显比空气气氛下的低;O_2/CO_2气氛下原煤和脱矿物质煤燃烧时释放的NOx浓度比空气气氛下燃烧时释放的NO_x浓度要低。     

甲基环己烷的高温燃烧机理及动力学模拟

本文根据高碳链烷烃和环烷烃高温燃烧的反应类型,开发了高温燃烧反应机理的自动生成程序ReaxGen,并据此建立了甲基环己烷的高温燃烧详细机理。采用激波管反应器模型开展了动力学模拟,研究了燃烧点火温度、点火压力、燃料摩尔分数和当量比对点火延时的影响。通过绝热燃烧平衡计算,得到产物浓度和绝热火焰温度。动力学模拟结果与文献实验结果及国际上同类机理的模拟结果进行了比较和讨论。     

激光诱导荧光法测量内燃机双燃料燃烧过程中的甲醛和羟基

双燃料燃烧是一种实现内燃机高效清洁燃烧的新型燃烧方式,国内外对燃用双燃料的内燃机性能和排放开展了较为广泛的研究,但对双燃料缸内燃烧过程的认识有待深入.本文搭建了一套光学发动机缸内燃烧中间产物激光测试系统,该系统可以实现甲醛和羟基(OH)的二维同时定性测量.为了验证该激光诊断系统的可行性,首先在甲烷层流预混火焰上对甲醛和羟基的激光诱导荧光(LIF)光谱和图像进行采集,确定甲醛和OH激发波长分别为355和282.95 nm.随后在光学发动机上对双燃料缸内燃烧过程中甲醛和羟基进行了非同时测量,分析了双燃料燃烧双阶段放热过程中甲醛和OH分布区域.光学发动机转速为1200 r·min^-1,循环当量总油量为30 mg正庚烷.进气冲程初期气道喷射异辛烷,上止点前10°曲轴转角在缸内直喷9 mg正庚烷.激光诱导荧光成像表明,甲醛生成于低温放热阶段,主要分布在缸内直喷燃油油束附近区域,之后甲醛充满整个燃烧室空间;高温放热过程中燃烧室壁面附近区域的甲醛首先消耗,伴随甲醛消耗OH首先出现于燃烧室边缘,高温放热阶段过后,甲醛基本消失, OH逐渐充满整个燃烧室.最后对双燃料缸内燃烧过程甲醛和OH同时测量发现,甲醛消耗伴随OH的产生,甲醛和OH分布区域总体而言在空间上是分开存在的,但在局部区域甲醛和OH可能并存.     

疏水性微孔中水的结构和扩散性质的分子模拟

用分子动力学（MD）方法模拟了受限在疏水性微孔中的水的结构与动力学行为.分别考察了孔径、温度和压力对水在孔道方向的密度分布和自扩散系数的影响,计算了不同温度下水的径向分布函数.发现在小孔径的微孔中,随着温度的降低,水分子沿孔道的分布逐渐变得不均匀,最终导致气-液相分离,微孔孔道内有明显的分段现象.受限在小孔径微孔中水的自扩散系数大约为体相流体水的20％～30％,并且随着孔径的减小,自扩散系数也减小.同时还发现沿孔道方向的自扩散系数分量大约为孔径方向的4～5倍.提出了微孔中水自扩散系数的关联模型.     

在不完全燃烧条件下Ni-Cr合金高温催化破坏作用机理的研究

由Ｎｉ－Ｃｒ合金制成的燃烧室壁，在烃燃料燃烧的气氛中产生金属外逸型坑点状破坏，严重时可烧穿。作者利用几种现代手段和试验方法，对这一燃烧破坏现象进行了系统地模拟研究，发现这是ＣＯ和低分子烃在高温下对合金共同作用的结果：第一步ＣＯ作用使合金表层发生氧化和碳化，造成裂隙；第二步低分子烃扩散进裂隙并在Ｎｉ－Ｃｒ２Ｏ３微粒的催化下，裂解生在石墨炭并包复在Ｎｉ－Ｃｒ２Ｏ３微粒周围，体积增大。两种作用交替进行，造成金属外逸。基于此，作者提出了“石墨炭顶举金属微粒”的高温催化破坏作用机理。在燃烧室和本生焰条件下，合金表层温度的不均匀性是此种破坏成坑点状的原因     

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。     

室内燃烧源排放颗粒物及多环芳烃的粒径分布研究

室内燃烧源排放颗粒物及其多环芳烃(PAHs)的粒径分布是定量评估室内人群呼吸暴露风险的重要参数之一。该研究在再悬浮箱内模拟燃香、燃蚊香、艾灸和吸烟等过程,采用MOUDI采样器采集和分析颗粒物中17种PAHs;同时,采用颗粒物计数器,在实际房间中模拟艾灸和吸烟过程,得到室内颗粒物数浓度的衰减曲线。结果表明,燃烧源烟雾颗粒的排放因子为3.68～22.46 mg/g,颗粒质量粒径呈单峰型,峰值为0.25～0.44μm;US EPA 16种优控PAHs的排放因子为10.52～91.30μg/g,艾绒燃烧排放PAHs的粒径峰值为0.44～1.0μm,略大于其它燃烧源;1μm颗粒中PAHs的BaP等效毒性当量(BaP_(TEQ))的贡献占比为85%～98%。来源特征比值的研究显示,艾灸、燃香和吸烟释放的PAHs均归属于生物质燃烧类别。实际室内监测显示,在艾绒和香烟燃烧后室内颗粒物数浓度快速上升,在燃尽时达到峰值,而后在4 h内呈指数规律衰减,且0.3μm的细颗粒衰减最快。     

一氧化碳添加对甲烷/空气贫燃预混火焰的影响(英文)

通过对贫燃条件下(燃料与空气化学计量比φ=0.60-0.80)的甲烷/一氧化碳/空气火焰结构进行数值模拟,研究燃料中一氧化碳添加量对层流燃烧速度、氮氧化合物的排放以及熄火拉伸率的影响.随着燃料中一氧化碳添加量的不断增加,层流燃烧速度有所下降,这与燃料中加入氢气产生的现象有所不同.为了解释这一现象,本文深入探讨了层流燃烧速度与H+OH浓度峰值之间的关系,结果表明,一氧化碳的增加导致H+OH浓度峰值呈线性下降,与层流燃烧速度下降趋势完全一致.随着一氧化碳的增加,氮氧化合物排放量有所下降.探讨了NO的生成机理,且由敏感性分析得到生成NO的重要反应,分析当一氧化碳量增大时,NO的浓度以及重要反应的NO生成率均下降.此外,利用数值模拟求解径向拉伸率,深入分析燃料中添加一氧化碳时拉伸率对贫燃火焰稳定性的影响.由计算结果得到熄火拉伸率,发现燃料中一氧化碳的添加在一定程度上能够增强火焰的稳定性.     

固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统

固定燃烧源排放颗粒物采样系统，该系统包括烟气进气系统，两级稀释器，停留室和设置在停留室下部的采样系统。在一级稀释器的进口端设有压缩空气系统．，其出口端分别设置带有气体流量计的采样气出口和带有气体流量调节阀的多余气体出口；在二级稀释器的进口端设有稀释空气供气系统和气体流量计，并在停留室下部的四周均匀设有多个压力平衡孔。本发明不仅能够模拟固定燃烧源产生的气溶胶排放到大气中的物理化学过程，采用大气环境颗粒物的采样方法采集分粒径颗粒物样品进行物理化学分析，而且采样系统小型化，操作简便，系统稳定度高，测量结果可靠，适合于现场应用。     

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。     

凹凸棒黏土对燃煤PM2.5排放及团聚捕集特性影响

在固定床反应系统上考察凹凸棒黏土对燃煤可吸入颗粒物PM_2.5的排放及团聚捕集特性影响,分析凹凸棒黏土添加量以及添加凹凸棒黏土情况下燃烧气氛、燃烧温度和钙硫物质的量比等参数对燃煤PM_2.5的数量浓度、质量浓度以及团聚捕集率的影响规律。结果表明,煤燃烧过程中添加凹凸棒黏土可以显著降低PM_2.5排放浓度,凹凸棒黏土的添加量不宜超过3%(质量分数);空气气氛下燃烧产生的PM_2.5多于O₂/CO₂气氛;随着钙硫物质的量比的增大,PM₁的质量浓度减小,但PM_1~2.5的质量浓度增大,颗粒物的粒径有向更大粒径转移的趋势;燃烧温度的升高会促进PM_2.5各粒径范围颗粒物的生成,降低了凹凸棒黏土对PM_2.5团聚捕集率。