柴油富氧燃烧及窑炉热工特性的研究

论文摘要

富氧燃烧技术是一种能实现既节约能源又减少排放的新技术,广泛应用于众多领域。它的加快燃烧速度,提高燃烧效率,降低能源消耗,减少废气排放和降低废气带走的热损失等优点引起越来越多学者的关注,但国内外对柴油富氧燃烧的火焰特性及热工特性的研究较少,因此本文在模拟的燃烧实验台上主要研究了柴油富氧燃烧及窑炉的火焰特性和热工特性,旨在探讨过剩空气系数和助燃风温度对柴油燃烧的影响,寻找提高氧浓度对降低能源消耗及减少废气排放量的变化规律,通过理论计算为提出设计适宜富氧燃烧的窑炉结构和高效节能燃烧器提供技术参数和理论依据。本文主要采用风速计测试火焰气体的流速和压力,分析了柴油在不同过量空气系数,助燃风温度和氧浓度下燃烧时火焰喷出速度和压力与它们的变化关系；利用K,S分度热电偶对火焰多个温度点测温和使用红外成像仪成像,研究了不同条件下助燃风加温和富氧燃烧时火焰温度的变化规律；采用烟气分析仪测试火焰末端,观察口,排烟管等处的烟气成分,为是否完全地燃烧,烟气生成量,烟气中NO、NO2、NOX、CO、SO2、CO2含量等提供数据；同时从理论上研究了不同氧浓度对理论火焰温度、黑度和热效率等热工性能的影响。结果表明：当过剩空气系数从1.00增大至1.20时火焰温度出现了先增大后减少的规律,同时当过剩空气系数为1.00时出现了明显的不完全燃烧,当过剩空气系数为1.10时,火焰温度最高且烟气中CO体积浓度为81ppm。助燃风温度的提高提高了柴油的燃烧效率,提高了火焰温度,降低了柴油的消耗量和理论助燃风量,但由于实验中助燃风加温程度不高,因此助燃风升温对氮氧化物生成的影响并不明显。柴油富氧燃烧后,在保证实验台内温度场稳定的前提下,随着氧浓度从21%至30%逐渐增加,沿火焰长度方向的热气体温度随距窑墙距离的增加而迅速降低,火焰风速和风压也随之减少导致火焰长度变短,火焰流速变急,火焰覆盖面积变小；柴油耗量在氧浓度刚开始增加时较为明显,24%氧浓度时的柴油耗量比21%氧浓度时的减少33.3%,但随后减少幅度下降；助燃空气量,理论废气量和C02浓度随氧浓度增加而逐渐减少,而NOX浓度则迅速增加,同时CO和SO2的浓度无明显变化。在柴油富氧燃烧的理论计算过程中,理论燃烧温度随着氧浓度的增加而升高,30%氧浓度时,理论燃烧温度大于2500℃；黑度则由于烟气中三原子气体分子CO2和H2O的体积浓度的升高而随着氧浓度的增加而增加,30%氧浓度时,CO2和H2O的体积浓度之和大于33%,这大大增加了火焰的辐射能力；燃烧实验台的热效率随氧浓度的增大而增大,当氧浓度30%时,热效率最高,为51.4%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 富氧燃烧技术理论基础
• 1.2.1 富氧燃烧的优点
• 1.2.2 富氧燃烧的缺点
• 1.3 富氧燃烧技术在国内外的研究及应用现状
• 1.3.1 富氧燃烧技术的理论研究现状
• 1.3.2 富氧燃烧技术的应用现状
• 1.4 几种制氧技术和富氧燃烧方式
• 1.4.1 几种制氧技术
• 1.4.2 几种富氧燃烧方式
• 1.5 柴油燃烧的主要产物及生成机理
• 1.5.1 柴油的物理性质
• 1.5.2 柴油燃烧的主要产物
• 1.5.3 柴油燃烧后产生的主要污染物及生成机理
• 1.5.4 大气环境污染控制标准
• 1.6 本课题的研究目的与意义
• 第2章 实验装置、过程及测试方法
• 2.1 实验流程
• 2.1.1 实验流程图
• 2.1.2 实验步骤
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 实验装置图
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 测试设备
• 第3章 过量空气系数及助燃风加温对窑炉热工特性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 过量空气系数的选定
• 3.2.1 过量空气系数理论基础
• 3.2.2 过量空气系数的计算方法
• 3.2.3 过量空气系数对柴油燃烧热工特性的影响
• 3.3 助燃风加温对窑炉热工特性的影响
• 3.3.1 助燃风加温
• 3.3.2 理论基础
• 3.3.3 助燃风加温对柴油燃烧热工特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 氧浓度对柴油热工特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 氧浓度对能源消耗的影响
• 4.2.1 柴油富氧燃烧对助燃空气量的影响
• 4.2.2 柴油富氧燃烧对柴油量的影响
• 4.3 氧浓度对火焰燃烧特性的影响
• 4.3.1 氧浓度对火焰温度的影响
• 4.3.2 氧浓度对火焰喷出速度和压力的影响
• 4.4 柴油富氧燃烧对废气排放的影响
• 4.4.1 柴油富氧燃烧对烟气量的影响
• 2的影响'>4.4.2 柴油富氧燃烧对CO₂的影响
• X的影响'>4.4.3 柴油富氧燃烧对NO_X的影响
• 2的影响'>4.4.4 柴油富氧燃烧对CO,SO₂的影响
• 4.5 小结
• 第5章 富氧燃烧热工特性的理论计算
• 5.1 引言
• 5.2 氧浓度对理论燃烧温度的影响
• 5.2.1 理论燃烧温度
• 5.2.2 计算基础
• 5.2.3 理论燃烧温度计算
• 5.2.4 氧浓度对理论火焰温度的影响
• 5.3 氧浓度对火焰黑度的影响
• 5.3.1 火焰黑度
• 2和H₂O对火焰黑度的影响'>5.3.2 烟气中CO₂和H₂O对火焰黑度的影响
• 5.3.3 火焰黑度的计算
• 5.3.4 氧浓度对火焰黑度的影响
• 5.4 氧浓度对热效率的影响
• 5.4.1 热效率
• 5.4.2 热效率的计算
• 5.4.3 氧浓度对热效率的影响
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文