甲烷、丙烷掺混对乙烯扩散火焰中碳烟生成影响

鉴于日益严格的污染物排放法规和减排需求,研究燃料掺混燃烧对碳烟排放的影响是具有价值的。采用GRI-Mech3.0气相反应机理并结合详细的热力学和输运数据,对层流扩散火焰乙烯/甲烷和乙烯/丙烷混合燃料燃烧进行了数值模拟。对比分析了各工况的燃烧温度分布、碳烟分布以及重要中间组分浓度变化。结果表明,掺混甲烷和丙烷均导致乙烯扩散火焰中峰值温度和碳烟体积分数减小,相同掺混比下掺混甲烷的碳烟体积分数减小幅度更大。随着掺混比增加,温度和碳烟体积分数峰值分布向火焰下游发展,H自由基摩尔分数逐渐减小,OH自由基摩尔分数略有减少,C2H2摩尔分数逐渐减小且分布向火焰下游移动。在该研究的扩散火焰工况下,甲烷和乙烯掺混以及丙烷和乙烯掺混在碳烟生成方面均未发现协同效应。

掺混甲烷对预混合丙烯火焰碳烟生成的影响

基于当量比为1.79且最高火焰温度为1829 K的预混合丙烯火焰,研究了燃料掺混对碳烟生成的影响以及协同效应.分别将5%、20%、40%摩尔分数的甲烷混合到丙烯中,形成具有相同当量比和最高火焰温度的预混火焰.使用微孔探针采样技术和扫描电迁移率粒径谱仪,在燃烧器稳定滞止火焰中测量了碳烟粒径分布.研究发现,掺混甲烷后的火焰生成碳烟颗粒粒径仍旧呈现双峰性分布;但随甲烷掺混率增加,双峰性减弱,颗粒生长速率减弱,碳烟体积分数也迅速减小.在所研究的试验工况下,丙烯与甲烷在碳烟生成方面不仅没有协同效应,而且甲烷的添加降低了碳烟颗粒的生长速度和碳烟生成总量.

掺混甲烷对预混合乙烯火焰碳烟粒径分布的影响

本文以当量比为1.9、模拟最高火焰温度为1727K的乙烯预混火焰为基准,在燃料中分别掺混5%、20%和35%摩尔分数的甲烷,保持当量比和最高火焰温度不变,采用稳定滞止(Burner Stabilized Stagnation,BSS)火焰小孔采样结合扫描电迁移率粒径谱仪(Scanning Mobility Particle Sizer,SMPS)的实验方法,在不同火焰高度上定量测量其生成碳烟颗粒的粒径分布(Particle Size Distribution Function,PSDF),探究掺混甲烷对乙烯预混火焰成烟特性的影响。实验发现,随着甲烷掺混比的增加,生成碳烟颗粒的成核与长大速度越来越小。在所研究的预混火焰工况条件下,乙烯与甲烷在碳烟生成特性方面并不存在协同效应。

氨气/甲烷旋流火焰结构及NO_(x)排放规律研究

氨气是一种十分具有前景的燃料,其优势在于完全的去碳化以及成熟的制取储藏运输工艺,其面临的主要问题是燃烧稳定性差以及NO_(x)排放比较高。本研究基于半封闭空间旋流燃烧器,对氨气火焰和低甲烷掺混比氨气/甲烷火焰的流场和火焰结构进行测量。流场的主要区别是两工况火焰位置处的湍流强度的差别,90%NH_(4)火焰的湍流强度明显大于NH_(4)火焰。在相同流速下,当量比对氨气火焰结构的影响,主要集中于对火焰高度的改变。采用气体分析仪对火焰主要燃烧产物的排放特性进行测量,CH_(4)掺混使浓燃时未燃NH_(4)排放增加,同时有较大的CO及CO_(x)排放;稀燃时90%NH_(4)火焰的NO_(x)排放高于NH_(4)火焰。在当量比1.1附近存在一个各项排放均比较低的位置,低的掺甲烷比并不会明显对该位置有所影响。