一种合成金刚石膜的独特方法──燃烧焰法合成金刚石膜述评

燃烧焰法与其他合成金刚石膜的ＣＶＤ法相比，具有设备简单、投资少、膜质量高、生长速率高的特点。本文对燃烧焰法的成膜机理、膜均匀性、大面积成膜、改善膜的质量等方面国内外研究现状进行了述评，最后预测了燃烧焰法可能的发展方向。

衬底表面处理对燃烧焰法沉积金刚石膜成核密度的影响

研究了衬底表面不同处理对燃烧焰法沉积金刚石成核密度的影响，发现用硬微粉（金刚石，碳化硅）对衬底的刻划，能明显地提高成核密度，在衬底表面涂覆机械泵油或先沉积薄类金刚石层也能显著提高成核密度。成核密度的提高有利于生长出连续金刚石膜。

氨气/甲烷无焰燃烧污染物生成特性的实验研究

为了深入了解氨气/甲烷无焰燃烧的污染物生成特性,本文在改进的旋风无焰燃烧炉中通过实验研究了氨气/甲烷燃料组成、当量比(φ)、热负荷(P)以及空气预热温度(Tin)对炉膛温度以及污染物排放的影响.研究结果表明:随着氨气热值比例的升高,炉膛温度和NO_(x)排放均是先升高后降低,并在中等掺氨比附近取得温度和排放的峰值.在相同条件下,纯氨和氨气/甲烷无焰燃烧都在理想当量比附近时取得最低排放.热负荷和预热温度的升高会提高炉膛温度造成NO_(x)排放的升高,热负荷的升高不利于控制氨逃逸,但预热温度的升高有利于降低氨逃逸.

空气预热条件下工业级无焰燃烧数值模拟研究

目前,研究者对无焰燃烧的探究大多选用实验室级别燃烧器,为进一步加强无焰燃烧在工业生产领域中的应用,本研究选用工业级燃烧器为研究对象,主要开展空气预热条件下的甲烷无焰燃烧数值模拟研究,探究空气预热温度及燃烧器结构变化对无焰燃烧的影响。数值模拟结果表明:①高温预热空气较常温空气实现无焰燃烧时更具优势,一方面,高温预热空气对高温烟气的回收利用有效节约了能源消耗,另一方面,炉内温度均匀性随空气预热温度升高出现明显改善,空气预热温度为1123K时无焰燃烧状态最佳,此时炉内的峰值温度在1400K左右,平均温度在1300K左右。②本文所用燃烧器在实现无焰燃烧时需满足一定的射流动量(临界射流动量)和热功率输入。原始燃烧器实现无焰燃烧所需热功率为130kW以上,通过两种燃烧器喷嘴结构的两种优化,实现无焰燃烧所需热功率明显降低,可实现高效的燃烧。

生物质掺混煤粉无焰富氧燃烧燃料氮转化数值模拟

无焰富氧燃烧能在捕集高浓度CO_(2)的同时显著降低了NO_(x)排放,是清洁低碳燃烧技术的前沿发展方向之一。生物质作为一种来源广泛的可再生能源,与煤粉的掺混燃烧可有效减少CO_(2)排放。为探究无焰富氧燃烧模式下生物质掺混煤粉燃料氮转化特性,基于0.58 MW燃烧炉,采用Fluent进行模拟,耦合适用于富氧燃烧的反应机理以及辐射模型,在完成模型和算法的验证后进行燃料N转化机理研究。结果表明,随着掺混生物质比例从0增加到100%,炉内低氧区域增大,CO分布区域更广,炉内峰值温度升高,当掺混比为50%时相比纯煤粉燃烧升高了47 K,掺混比为70%时升高了55 K,纯生物质燃烧时峰值温度达到1850 K,较纯煤粉燃烧升高了71 K;生物质掺混比例从0增加到50%时,NO再燃还原比例相比纯煤粉大幅下降了61%以上,且随着掺混比继续增加,NO再燃还原基本不变;随着掺混比从0增加到100%,虽然生物质挥发分含量比煤粉高,但掺混后挥发分NO总和基本不变,由于生物质焦碳含量低,掺混后焦炭氮大幅降低,NO排放整体呈降低趋势,掺混比从0增加到100%,NO排放量降低了51%;表明生物掺烧可有效减少NO的排放。

无焰燃烧研究进展及其应用

无焰燃烧具有燃烧温度分布均匀、燃烧效率高、污染物排放低的等优势,是21世纪最有发展前景的燃烧技术之一。综述了无焰燃烧的燃烧特性与判别方法,目前研究中主要以观察火焰锋面的方法为主,烟气内部循环率、温升判定为辅;无焰燃烧的形成与燃烧特性受多方面因素影响,基于已有研究阐述了燃料种类与工况条件对无焰燃烧的影响,分析了气体燃料和固体燃料的无焰燃烧低NO_(x)排放机理,最后结合现有应用情况展望了无焰燃烧的研究和发展方向。

生物质固体燃料无焰燃烧实现条件的数值模拟研究

将无焰燃烧技术应用于生物质固体燃料,将同时实现生物质的高效燃烧以及燃烧过程NOx的有效控制。为解决生物质燃料燃烧效率低、燃尽率差等问题,探究实现生物质固体燃料无焰燃烧的稳定工况,以1个功率为1.4 MW的燃烧炉为研究对象,采用数值模拟方法,在验证模型合理性的基础上对生物质固体燃料无焰燃烧特性进行研究,探究二次风进口速度、炉膛尾部烟气出口直径和炉膛壁面温度对生物质无焰燃烧建立和稳定性的影响。数值模拟研究结果表明:提高二次风入口速度,有利于氧化剂的均匀分布以及烟气的大范围卷吸,使温度场分布更加均匀,可在整个区域内实现温和的无焰燃烧反应;当烟气出口直径为200 mm,即烟气出口面积为炉膛尾部面积的约1/16时,整个炉膛内温度场最为均匀;当炉膛壁面温度由1000 K提升至1200 K时,温度场更加均匀,整个区域内进行温和的无焰燃烧反应,且燃烧较为充分。提高二次风入口速度、缩小烟气出口直径以及维持炉膛壁面温度在较高水平是建立和稳定维持生物质无焰燃烧的必要条件,对工业锅炉实现生物质固体燃料无焰燃烧具备参考意义。

微焰燃烧器火焰稳定性实验与CFD分析对比探讨

本文通过对微焰燃烧器火焰稳定性实验及模型CFD分析对比,在流速分布空气系数a=0的条件下,测得的火焰高度界线及未燃气体边界线和CFD分析得出的流速分布线趋势一致;在空气系数为a>1的条件下,燃气浓度越低,火焰的颜色越深且高度高,未燃气体边界线越低;在空气系数a<1的条件下,燃气浓度越高颜色越浅;燃气浓度不均及流速分布不均的情况下,火焰稳定性余量小,烟气排放高,过剩空气系数可选范围小,燃气浓度和流速均匀,火焰稳定性好,烟气排放低,过剩空气系数可选范围广。

聚亚安酯材料阴燃转为有焰燃烧的实验研究

在聚亚安酯材料的稳定阴燃中,通过实验研究了阴燃向有焰燃烧转化的机制.在富氧条件下,阴燃向有焰燃烧转化还需具备两个条件:一是有足够高的温度,要求高于约400℃;二是有足够高的热解可燃气浓度.在阴燃达到热平衡稳定状态对应的最高温度———峰值温度时(>400℃),第一个条件是自动满足的.当温度高于约350℃且在氧气充足的情况下,聚亚安酯材料发生更快速的有氧热解反应,此时释放的热解可燃气满足第二个条件.因此,沿着阴燃方向加风,或者在自然对流条件下增大氧的扩散量,都可以导致向有焰燃烧的转化.对于逆向阴燃,风速增加也导致向有焰燃烧的转化,规律同正向阴燃一致.

CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响

为探讨CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响,通过实验和数值模拟研究了CO_2稀释率对CH_4、C_3H_8和H_2扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明:随着CO_2稀释率的增大,峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降,峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大,炉内温度分布更加均匀,更有利于达到无焰燃烧状态;相同稀释率下,CO_2稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为:H_2燃烧、CH_4燃烧、C_3H_8燃烧;当CO_2稀释率足够大时,炉内燃烧处于无焰燃烧状态.

常温空气无焰燃烧中NO_x生成的研究

研究了常温空气无焰燃烧中NOx的生成规律.实验研究和计算分析表明,在燃烧器射流对称轴上(300mm×2000mm的空间内),自喷口至炉膛中心处,有一个温度较低的剧烈的燃气与空气扩散混合区,在此区域内,不生成NOx;温度大于1320K的区域,开始生成N2O;在炉膛后部温度大于1810K的高温区,开始生成NO.过量空气系数与容积热负荷对烟气中NOx生成量的影响不大.与传统的扩散火焰或预混火焰不同,常温空气无焰燃烧反应发生在一个弥散的宽广区域,在整个炉膛内同时进行,炉膛内高温区面积很小,因而NOx的生成量低,排放稳定.

煤粉无焰燃烧技术及其低NO_x排放研究进展

无焰燃烧技术具有设备简单、燃烧温度均匀、效率高和极低排放量等特点,被誉为21世纪最有发展潜力的燃烧方式之一。分析了煤粉无焰燃烧技术的优势、形成机理与实现方式,从燃烧特性和排放特性、数值模拟和新型燃烧方式3方面总结了国内外在煤粉无焰燃烧和降低NOx排放方面的研究现状和发展趋势,并探讨了今后进一步发展煤粉无焰燃烧的研究课题。

常温空气无焰燃烧在燃煤锅炉煤改气中的应用

在燃煤锅炉的炉膛内安装常温空气无焰燃烧反应器,可将燃煤锅炉改造为燃气锅炉。计算表明与其它燃气锅炉以对流换热为主的热交换方式不同,该锅炉强化炉内换热,辐射换热量提高。实测结果锅炉热效率达到92.92%,比改造前提高30%以上,比现有同吨位的燃气锅炉高4%以上。由于锅炉实现了无焰燃烧,反应器温度分布均匀,尾气污染物排放远低于国家标准。

醋酸盐体系无焰燃烧合成LiMn_2O_4及性能研究

以醋酸锂和醋酸锰为原料,浓硝酸为辅助氧化剂,在温度600℃、时间3 h下采用无焰燃烧合成尖晶石型Li Mn2O4锂离子电池正极材料,研究了不同浓度硝酸对制备尖晶石型Li Mn2O4的影响.通过XRD和SEM分别研究了产物的物相组成及微观形貌;通过电性能测试研究了产物的比容量变化.实验结果表明,当n(Li)∶n(Mn)=1∶2(mol/mol)时,可得到Li Mn2O4单相,硝酸浓度对燃烧产物颗粒影响也较大;硝酸浓度为15 mol/L时产物初始放电比容量为112.1 m Ah/g,40次充放电循环后,放电比容量为99.0 m Ah/g,容量保持率为88.3%,具有较好的容量及存储性能.

燃空当量比对液体燃料无焰燃烧影响的研究

以微型燃气轮机为应用背景,设计了基于液雾无焰燃烧的模型燃烧室,以实验为主、数值模拟为辅的手段研究了0#柴油/空气的燃空当量比对模型燃烧室的流场结构、燃烧模式、无焰燃烧范围、燃烧温度及分布和污染物排放的影响.结果表明:燃烧室流场呈现明显的环形回流涡,为高温烟气循环提供了流体动力学基础;燃料喷孔附近的混合情况对整个燃烧模式的转变具有重要影响;该燃烧室工作在无焰燃烧模式的燃空当量比Φ范围为0.25～0.50,无焰状态下燃烧室内温度分布均匀;燃烧室平均温度Tavg和污染排放受到Φ和输入功率的影响,在实验范围内,输入功率相同时,随Φ减小,燃烧室平均温度降低,CO和NOx排放浓度增加,另外,Φ相同时,输入功率越低,Tavg越低,CO排放浓度越大,且输入功率越低CO排放浓度增长越快,NOx受输入功率的影响相对小得多.从实验结果分析,适当提高空气预热温度是增强低燃烧室热密度时的贫燃稳定性、拓展贫燃极限和强化燃烧的有效措施.

常温空气无焰燃烧中CO生成的研究

研究了常温空气无焰燃烧中CO的生成规律。常温空气无焰燃烧在整个炉膛内同时发生弥散燃烧反应，炉膛内燃烧气混合均匀，燃烧反应稳定。因而CO的生成量低。实验研究和计算分析表明：CO主要生成在离燃烧器喷口约600—3000mm、6400mm的柱状空间内，在柱状空间外的其它区域，燃烧充分，CO几乎为零。过量空气系数与容积热负荷时烟气中CO生成量的影响不大。与传统的有焰燃烧和近代的高温空气无焰燃烧相比，常温空气无焰燃烧中CO生成低，且排放稳定。

顶燃式热风炉多火孔无焰陶瓷燃烧器的研究与应用

通过冷态模拟试验,研究了多火孔无焰陶瓷燃烧器的阻尼特性、喷口流体的均匀性、燃烧室以及扩张段的流场特性,开发和设计了一种顶燃式热风炉用多火孔无焰陶瓷燃烧器,实践表明,在单烧高炉煤气的情况下,使用该燃烧器的热风炉可稳定提供1200℃风温,热效率达到78.95%,节能效果明显。

锅炉氧煤无焰燃烧技术分析

氧煤燃烧是一种全新燃烧方式,将氧煤燃烧器的表观氧气浓度从30%提高到50%、将O2/CO2混合气改变为纯氧气与再循环CO2烟气分离、将喷嘴速度从50m/s左右提高到200m/s左右组织炉膛烟气形成高倍率内循环,从而在炉膛内实现高温低氧的氧煤无焰燃烧状态,氧煤无焰燃烧技术能实现煤粉高效燃烧和较低NO浓度排放的统一,锅炉将不需要脱硝设备就可满足NOx排放限值200mg/Nm3的严格环保标准。

新型常温空气无焰燃烧实现技术及特性分析

在介绍了无焰燃烧思想及其常规蓄热式高温空气实现技术的基础上,重点介绍了本课题组发展的常温空气无焰燃烧技术,并对其进行了效率、环保、经济性、安全性和应用范围等特性分析,该技术不但完全保留了高温空气无焰燃烧技术相对于传统燃烧的优点,并且不需要复杂的预热系统和换向机构,避免了燃烧过程的脉动,适用于低排烟温度或含灰量较大排烟的燃料的直接燃烧,具有一定的技术优势和更广泛的应用范围。