两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NO_(x)排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_(x)排放特性和影响NO_(x)生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究.结果表明:在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_(x)排放可降至54×10^(-6)(15%O_(2)).H+O_(2)(+M)=HO_(2)(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_(x)排放的关键反应.燃烧压力的升高会促进NO与HO_(2)反应并转化为NO_(2).对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%~80%)会导致NO_(x)排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%~55%)则有利于实现较低的NO_(x)排放(54×10^(-6)~86×10^(-6)(15%O_(2))).

航改燃机多点喷射贫预混燃烧室燃料分级实验研究

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%~100%载荷工况范围的NO_(x)和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_(x)和CO排放的影响规律。结果表明:主模燃料不分级方案,50%~60%载荷工况CO排放量较高而不满足排放标准;主模燃料分两级方案,50%~100%载荷工况范围内NO_(x)和CO排放量均满足f_(NOx)≤25×10^(-6),fCO≤50×10^(-6)(@15%O_(2))的排放标准,且70%工况是打开主模第二级燃料的过渡工况点。另外随着进口压力和温度升高,能同时满足NO_(x)和CO排放标准的R_(pilot)(副模燃料质量流量与总燃料质量流量之比)范围逐渐缩小,且NO_(x)排放量与进口压力关系为F_(NOx)∝p30.44。因此采用主模燃料两级分级方案且适当调节R_(pilot),本文多点喷射贫预混燃烧室NO_(x)和CO能满足目前航改地面燃机燃烧室排放要求。

大容量兆瓦级发电氢内燃机关键技术介绍

为了提升大容量兆瓦级发电氢内燃机的动力性能,防止早燃、回火和爆震等非正常燃烧现象的发生,从氢气喷射技术、燃烧策略和空燃比控制策略、废气再循环技术、涡轮增压技术、氢气喷嘴技术和尾气后处理技术等方面,对氢内燃机的关键技术进行详细的分析。结果表明:大容量兆瓦级发电氢内燃机目前广泛应用的进气道喷射技术存在内燃机动力性差的弊端,采用缸内直喷技术可以有效提升动力性能,降低回火风险;采用稀薄燃烧可以降低爆震的风险;采用成熟的氨(NH_(3))-选择性催化还原(SCR)尾气后处理技术可以降低氮氧化物(NO_(x))的排放。

9E燃气轮机贫-贫模式燃烧及NO_(x)排放特性研究

采用数值模拟方法对9E燃气轮机LEC-III低氮燃烧室在贫贫模式下的燃烧特性进行计算,分析了流场、温度场和污染物NO_(x)的生成规律,比较不同燃料分配比对NO_(x)排放的影响。结果表明:在贫贫模式下,一级燃烧区、二级燃烧区均有高温火焰,呈现部分预混部分扩散的燃烧特性,NO_(x)排放浓度达到78.9ppm,与运行试验值吻合较好;燃烧室内形成3个流场回流区,有助于增强高温烟气掺混和火焰稳定性,文丘里组合件处的流速最高,可以防止回火;燃料分配比对二级燃烧区的NO_(x)生成影响显著,其最佳值在70%~75%范围时,达到NO_(x)排放最低且燃烧火焰分布合理。

浓淡燃烧噪音及振动原因分析及解决方案研究

本文通过流体数据分析及实验验证,分析了燃烧浓淡燃烧器噪音及振动产生的主要原因,认为浓淡燃烧器所产生的燃烧噪音及振动关键在于热释放波动,并提出影响热释放波动的主要因素,为解决浓淡燃烧噪音及振动提供了研究方向。

气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油/天然气双燃料发动机的研究

采用气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油 /天然气双燃料发动机方案 ,对斯太尔 WD6 15 .6 4增压非中冷柴油机进行了改装。试验结果表明 ,改装后的发动机 NOx、颗粒和 NMHC排放均达到了欧 排放指标。 CO和 HC(含甲烷 )可以通过后处理解决。

弯头对煤粉浓淡分离器工作特性影响的数值模拟研究

煤粉浓淡分离燃烧技术在低负荷稳燃、降低燃烧污染物排放等方面具有良好性能,得到广泛应用。由于四角切圆燃烧锅炉粉管布置要求,燃烧器前往往布置有弯头,弯头出口存在煤粉空气混合物速度和煤粉浓度分布的不均。该文采用试验和数值模拟方法,对一次风煤粉空气混合物流经弯头后形成的气、粉分布不均对浓淡分离器的工作特性的影响进行分析。试验和模拟结果表明,弯头结构和布置形式对煤粉浓淡分离器的分离效果、浓淡侧速度分布不均等都有重要影响。文中同时提出了具有前置弯头的浓淡分离器获得高分离效果及浓淡侧速度均衡的途径,为浓淡分离器的设计和运行提供参考。

水平浓淡燃烧器出口气固浓淡射流的混合特性研究

水平浓淡燃烧器出口射流在水平方向上分为浓淡两股,浓煤粉射流位于向火侧而淡煤粉射流位于背火侧,以实现稳定着火,防止炉内结渣和高温腐蚀,并起到降低氮氧化物(NOx)排放的作用,但由于浓淡两股煤粉空气射流之间仅有较薄的隔板加以分隔,因此往往存在浓淡煤粉射流是否在出口后不久即发生混合,导致浓淡分离效果丧失的疑 虑。该文通过气固两相模化实验,采用基于光学波动法的激光光纤探针对水平浓淡气固两相射流在燃烧器出口外浓淡两股射流的混合特性进行了试验研究,结果表明水平浓淡燃烧器出口气固两相射流的浓淡分离效果能在较长的射程内得以维持,从而保证了浓淡燃烧的优点。

旋流杯燃烧室头部流场与喷雾对贫油熄火的影响

对两种不同的燃烧室头部(三旋流杯头部为A型、双旋流杯头部为B型)进行了研究。对有两种头部的燃烧室进行了冷态流场的数值模拟,用粒子动态分析仪(PDA)测量了两种头部的速度场和喷雾场,结合慢车工况的贫油熄火试验结果进行了分析。结果表明:A型头部喷雾的索太尔平均直径(SMD)和均匀度能满足燃烧室的性能要求,比B型头部的要好,但其贫熄特性不理想。而B型头部的贫熄特性好于A型;A型头部的内旋流器气流流通量应减小一些,以利于喷嘴端部低压区的形成,这样有可能进一步降低贫油熄火油气比。

微细通道内氢气辅助甲烷催化氧化的数值模拟

对微圆管内低浓度氢气、甲烷混合气在铂表面的催化氧化进行了数值模拟,重点研究了添加氢气对甲烷反应的影响机理.结果表明,氧气占据空位活性中心抑制了甲烷的吸附,导致较高的催化着火温度;氢气的掺入可以降低甲烷氧化反应的起始温度和着火温度;在铂催化剂表面,甲烷的催化氧化发生在氢气的燃烧过程中,氢气在燃烧过程中消耗氧气,为甲烷的反应提供必需的空位活性中心(Pt(s));甲烷的着火主要受其自身的激发,甲烷着火以前,壁面活性中心几乎全被氧占据,而甲烷着火以后,O(s)和Pt(s)同为主要壁面组分.

分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟,获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构,模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场,应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动,获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明,射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素,而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象,燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。

燃油周向分级对贫油熄火油气比的影响

为降低贫油熄火油气比,对双头部燃烧室进行了燃油周向分级贫油熄火模拟实验研究。实验考虑了进气速度、进气温度对贫油熄火油气比的影响。采用了三种不同长度的隔板来研究减少两个头部之间相互影响。试验结果表明:与不分级燃烧相比,燃油周向分级燃烧能够显著降低贫油熄火油气比。当燃烧室进气温度低于400K,贫油熄火油气比随燃烧室进气空气流速的上升而明显下降,当进气温度大于400K,贫油熄火油气比对燃烧室进气温度和速度不敏感;采取加在头部之间插入隔板的措施来降低燃烧室贫油熄火比,效果并不显著。

YC6112Z_LQE型电控稀薄燃烧LPG单燃料发动机

以YC6 112ZLQ增压中冷柴油机为基础 ,对有关零部件进行了结构改进设计 ,并选用了目前国际上先进的LPG燃气装置。通过大量的匹配与优化试验 ,完成了发动机运行所需软硬件的开发和标定工作。试验表明YC6 112 2ZLQE电控稀薄燃烧LPG单燃料发动机的动力性和经济性完全达到了设计指标的要求 。

气体燃料船用主机工作过程三维数值模拟

为了实现高效稀燃,纯气体燃料船用主机需要采取预混合气的"分区控制、湍流激扰"来保证可靠点火和快速火焰传播。设计了某型号气体燃料船用主机的燃烧系统。应用三维CFD软件对其工作过程进行了数值模拟分析,研究了缸内流场变化、燃料-空气混合过程、点火和火焰传播过程,分析了预燃室内燃料加策略。研究为主机的燃烧系统设计和加浓喷射策略设计提供了初始数据支撑。研究结果表明:在点火时刻,主机预燃室内形成了当量比为1.05的稍浓混合气,有利于稳定点火和火焰快速传播;点火后,经由预燃室喷孔喷出的引燃火焰在主燃室内迅速扩展,在50°CA内即完成主燃烧。

介质阻挡放电等离子体增强引擎燃烧技术的初步研究

非平衡等离子体技术在增强引擎燃烧效率,降低废气排放方面有着巨大的应用潜力,而介质阻挡放电是获得较大体积和较均匀分布非平衡等离子体一种有效方式。为此,详细论述了非平衡等离子体对燃料或助燃气活化作用的基本原理。基于管管结构介质阻挡放电的特点,提出了增强引擎燃烧效率的非平衡等离子体发生器主体结构方案,从理论上阐明了设计方案的可行性。以此方案设计了等离子体发生器,并开展了丙烷燃烧实验,结果表明非平衡等离子体在很大程度上能够改善有机燃料的燃烧状况,使之燃烧得更加充分,有效地验证了非平衡等离子体增强燃烧技术应用于提高引擎燃烧效率的可行性。

空气/天然气λ对QHCCI燃烧过程影响的研究

本文采用天然气气口顺序喷射、柴油引燃方式实现了基于天然气的准均质压燃着火燃烧过程（ＱＨＣＣＩ），本文研 究了气口喷射天然气／空气过量空气系数（λ）ＱＨＣＣＩ对燃烧过程的影响，分析了各种排放产物及燃油经济性同过量空气 系数（λ）、停缸数和引燃柴油量的关系。通过燃烧优化，发动机ＮＯｘ、颗粒和ＮＭＨＣ排放均达到了欧Ⅱ排放指标。

二次喷油过程对稀燃汽油机性能影响的试验研究

利用气道内燃油二次喷射技术可以在气缸内形成准均质稀混合气,改善汽油机稀薄燃烧过程。在一台4缸16气门发动机上,利用自主开发的电控系统,固定两次喷油总量,改变两次喷油比例和二次喷油时刻等参数,可以实现对二次喷油过程的优化,改善混合气形成,从而改善燃烧过程,扩大稀燃极限。采用不同喷油比例,在不同空燃比时实现的节油率为7 7%～19 2%。空燃比越大,二次喷油比例对燃油经济性的改善越明显。选择合适的二次喷油时刻,在气流运动的作用下,有助于对火花塞附近区域混合气进行有效加浓。

新型旋流煤粉燃烧器出口区域气固两相流场的PDPA实验研究

针对电站锅炉燃用煤种多变和负荷多变的问题，提出了一种新型的旋流燃烧技术，即利用在一次风管中加装浓缩煤粉构件实行煤粉浓淡分离的旋流浓淡煤粉燃烧器。使用三维相位多普勒颗粒分析仪对旋流浓淡煤粉燃烧器和双调风旋流煤粉燃烧器出口区域气固两相流场进行了实验研究，得出了两种不同燃烧器几何结构下的气固两相流场和颗粒浓度场，并进行了理论分析。

贫燃条件下氢气比例对甲烷/氢气预混气火焰传播的影响

为探究贫燃条件下氢气对甲烷/氢气混合气体火焰传播和传爆能力的影响,测定了甲烷/氢气混合气体的最大试验安全间隙(MESG),在安装波纹板阻火器的DN80管道试验装置上开展火焰传播试验。结果表明:在贫燃条件下,火焰速度受Ф和当量比的控制,当Ф增大时,当量比为主导因素,火焰速度降低;随Ф增加,混合气体的整体活性增大且在Ф小于25%时,火焰传播速度曲线变化相似,在Ф大于30%时,火焰传播速度曲线稳定性较弱,MESG快速下降,临界阻火速度降低,火焰无法在阻火器内淬熄,IIA类爆燃阻火器无法满足阻火需求。

撞击式浓淡分离器与弯头组合数值模拟研究

煤粉浓淡燃烧技术在稳燃、防结渣、低NOx排放等方面具有良好的性能,近年来得到了广泛应用。四角切圆锅炉的煤粉管道一般在燃烧器前有弯头,利用数值模拟的方法,分析了撞击式浓淡分离器与弯头间的相互影响,计算了不同弯头与浓淡分离器组合形式下,管道内的流场和煤粉颗粒浓缩效率。