高温空气煤粉点火的试验研究

分析了当今国内外电站煤粉锅炉的无油点火技术,提出了利用高温空气点燃煤粉气流的设想.通过大量的空气加热试验和煤粉气流着火试验,验证了高温空气煤粉点火技术的可行性,并取得了大量的试验数据,为高温空气点火燃烧器的开发和应用提供了依据.试验发现:大多数煤种普遍存在一个对应于最小着火温度的最佳煤粉浓度;一次风粉速度的提高对着火不利;高温空气速度的提高对着火有利.

超细化煤粉气流着火特性的试验研究

超细化煤粉再燃是一种新兴的低NOx 燃烧方式 ,与常规粒度的煤粉燃烧方式相比 ,超细化煤粒再燃具有稳燃效果好、燃烧效率高、低NOx 污染、煤粉燃尽率高以及综合经济性高等优点。通过试验对超细化煤粉气流着火特性进行了研究 ,结果表明 ,煤粉经过细化及超细化后 ,其燃烧特性有显著改善 ,着火指数下降 ,NOx 的还原率有所提高。

煤粉锅炉高温空气无油点火研究

在一维平面层流煤粉气流着火的数学模型的基础上,发展了一种更加逼近工程实际 的一维平面紊流煤粉气流着火模型.在该数学模型的指导下,设计了高温空气煤粉点火试验 台.通过大量的空气加热试验和煤粉气流着火试验,对模型进行了实验验证.结果显示,理论 模型的计算结果与实验相符合,验证了高温空气煤粉点火技术的可行性.

非稳态超声速燃烧研究进展

超燃冲压发动机内部的超声速燃烧过程已经得到了持续和广泛的研究。随着研究的不断深入,超声速燃烧基础研究的关注热点,也逐渐从以火焰稳定过程为代表的准稳态过程,转到了以燃烧振荡过程为代表的非稳态过程。目前,非稳态超声速燃烧及其调控已经成为超燃冲压发动机迈向真正实用化所必需解决的问题。本文以非稳态超声速燃烧作为研究对象,分别针对超燃冲压发动机燃烧室中的声学振荡、流动诱导的燃烧不稳定、点火过程、火焰闪回以及近吹熄极限的火焰不稳定这五个典型非稳态超声速燃烧过程进行了系统的综述,梳理了近年来关于非稳态超声速燃烧过程的研究进展,分析了非稳态超声速燃烧过程机理并给出了一些模型及调控方法。最后,为下一步开展非稳态超声速燃烧研究提出了建议。

煤粉气流脱火与炉膛负压波动的数学模型研究

根据炉内热量传递特性、热量平衡原理、状态方程、混合气体的分压定律等建立了煤粉气流推迟着火或脱火与炉膛负压变化的数学模型,并利用此模型分析了推迟着火或脱火时炉膛负压的变化规律。为利用炉膛负压判断炉内燃烧状况,指导锅炉安全运行提供理论依据。

受高温空气加热的煤粉气流着火过程数学模型

在一维平面层流煤粉气流着火模型的基础上,提出了一种一维平面紊流煤粉气流的着火模型。该模型不仅考虑了火焰中的辐射传热,煤粉热解,挥发分燃烧和多相反应等过程,同时还考虑了紊流对气相质量及能量扩散的影响,使该模型更能真实地反映工程实际。此外,通过实验对所建立的数学模型进行了实验验证,两者结果吻合较好,表明所建立的数学模型是正确可信的。

煤粉气流着火机理及最佳煤粉浓度的分析

煤粉气流着火机理是煤粉燃烧的基础,最佳煤粉浓度是煤粉稳燃技术及燃烧器设计的重要参数.本文借鉴气体层流预混燃烧的分区着火机理,从层流煤粉燃烧火焰着火机制入手,阐明煤粉气流的着火机理.将煤粉气流燃烧过程分为一次、二次预热区和着火反应区、燃尽区等不同区域,认为煤粉着火主要受制于预热区和着火反应区;同时将不同区域的传热方式进行解耦,辨明了一次与二次预热区加热热量的不同来源.通过分区热量衡算,获得煤粉浓度对于煤粉气流着火影响的基本特性.提出以挥发分和少量焦炭燃烧热量作为着火供给热来评估煤粉气流着火状况的新思路,从而得到煤粉气流分区着火机理,并预测得到合理的最佳煤粉浓度.研究结果在氧燃料燃烧、高温空气燃烧和燃煤电站灵活性改造时的煤粉稳燃等方面,可提供高浓度煤粉燃烧技术的基础支撑.

煤粉气流强迫点火特性试验研究

在一座小型煤粉燃烧试验台上 ,对不同条件下 ,两种煤粉气流的强迫点火特性进行了试验研究。结果表明 ,用火炬引燃煤粉气流 ,存在一个对应于最低煤粉浓度的最佳点燃速度 ;煤粉气流的着火界限主要受初始温度、点火源温度、煤种和煤粉细度的影响 ;提高煤粉气流的初始温度、点火源温度和煤粉细度均可使着火范围变宽 ,挥发份含量高的煤种点火容易。在相同条件下 ,直流煤粉气流比旋转煤粉气流容易点燃。

直流煤粉气流的火炬点火模型

本文对煤粉气流的火炬点火机理进行了探讨,并建立了直流煤粉气流火炬点火的近似数学模型,该模型的理论计算值与试验结果基本吻合,可用于煤粉气流点火参数的确定和点火装置的设计.

基于光学诊断技术的煤粉射流火焰着火燃烧特性研究

在模拟工业煤粉炉燃烧环境的光学诊断型携带流煤粉反应器系统上开展了高温流动条件下煤粉着火特性研究,通过光学诊断技术获取煤粉火焰总光强分布和煤粉火焰中自由基OH＊自发辐射强度分布,对不同反应环境下煤粉射流火焰着火延时和火焰中气相OH＊着火延时对比研究,考察了环境氧浓度、环境温度、煤种对煤粉着火的影响。研究表明：着火延迟对于环境氧浓度更为敏感,随着环境氧浓度提高,粒径为53~80μm烟煤和褐煤着火延时及气相OH＊着火延时几乎都线性下降,但气相OH＊着火延时下降更慢;煤粉火焰主燃烧段长度和气相OH＊主燃烧段长度都变短,前者始终比后者长;在10%~30%的氧浓度范围内,褐煤相对于高挥发分烟煤着火延时滞后,但主燃烧段长度更短。

开放管道内煤粉云形成机制及爆炸过程火焰动态行为数值模拟

半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用。为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开口的哈特曼管道为对象,分别对管道内煤尘扩散特征和爆炸过程进行模拟分析。基于物理实验验证及数值模拟研究,分析了煤尘在开口管道内的分散、悬浮及沉降特征,获取了粉尘扩散过程中流场的时空演化特征,得到了煤尘云爆炸过程中的温度变化规律,获取了爆炸过程中火焰动态行为及火焰高度、火焰速度的变化规律,研究了煤粉粒径及点火延时对火焰高度及火焰速度的影响规律,揭示了开放管道内煤粉云爆炸火焰传播的动力学机制。结果表明:(1)煤尘颗粒经过快速注入、减速分散、自由扩散和沉降阶段并最终形成粉尘云;(2)在爆炸的不同阶段,影响火焰形态的因素不同;整个爆炸过程中,火焰阵面演化趋势为:"非球形-飞火及点状火-蘑菇状";(3)随着爆炸的发展,火焰高度呈现Logistic函数特征,火焰速度呈现先迅速增大后缓慢减小;(4)湍流对均相燃烧及非均相燃烧的耦合影响造成了火焰锋面的不稳定性,火焰阵面热气流对管道口外侧冷气流的卷吸是形成"蘑菇状"火焰的主要原因。

不同湍流强度下煤粉颗粒群着火及燃烧特性的光学诊断研究

利用Hencken型平面火焰燃烧器搭建携带流反应系统,研究了不同湍流强度下煤粉颗粒群的着火及燃烧特性。煤粉被一次风送入温度、氧含量(本文所称“氧含量”是指氧的摩尔分数,mole fraction)可调节的高温烟气中形成稳定的射流火焰,利用OH平面激光诱导荧光技术(OH-Planar Laser-Induced Fluorescence,OH-PLIF)观测煤粉射流火焰着火、群燃等阶段的瞬态结构,基于对火焰图像的处理探究煤粉颗粒群的着火及燃烧特性。OH-PLIF的测量结果表明,在煤粉射流火焰的上游,射流外围区域的煤粉首先发生脱挥发分并着火,外围已燃的煤粉释放出大量热量并不断向射流内部传递,促进了射流内部区域煤粉颗粒群挥发分的析出。在高速一次风的卷吸及扰动作用下,析出的挥发分与氧之间不断扩散、混合,燃烧的OH锋面逐渐向射流中心区域延伸并连接成片,出现挥发分群燃火焰。实验结果表明:层流状态下,煤粉射流火焰窄而明亮;随着一次风湍流强度的增强,射流中煤粉颗粒的扩散运动变得剧烈,火焰形态发生变化,着火距离显著缩短。本文定量地研究了不同湍流强度下背景烟气温度(1200~1700 K)、烟气氧含量(10%~30%)以及一次风氧含量(5%~45%)对煤粉颗粒群着火延迟的影响规律。随着背景烟气温度、送风氧含量的升高,着火延迟时间逐渐缩短,但存在阈值现象,一旦背景烟气温度或送风氧含量超出某一阈值,其对煤粉颗粒群着火延迟的影响变弱,控制煤粉颗粒群着火行为的主导因素随之发生改变。

近炉内燃烧条件下煤粉着火及燃烧特性研究

本文在光学诊断型携带流煤粉反应器系统上开展煤粉着火及燃烧特性初步研究,通过数值模拟手段说明了试验系统设计和试验配气方案的合理性,考察了环境温度、环境氧浓度、煤种对煤粉着火延时及主燃烧段长度的影响。研究表明:在近炉内燃烧条件下,粒径为53~80μm烟煤煤粉和褐煤煤粉两者的着火延迟时间以及挥发分着火延迟时间都随着环境温度的提高而变短;褐煤煤粉主燃烧段长度比火焰中挥发分的主燃烧段长25 cm左右,比之前研究的高氧浓度环境下两者的差值更大;与烟煤相比,褐煤燃烧反应性对环境温度提高更加敏感。

旋流杯结构及进气参数对燃烧性能的影响

为优化旋流燃烧室头部结构、提高其运行性能,针对三种旋流器文氏管和燃料喷嘴的组合结构和两种流通面积的旋流器,开展了常压下以甲烷为燃料的燃烧室性能实验研究。实验结果表明,各头部结构的冷态总压损失系数与来流速度的平方成正比,燃料喷嘴插入文氏管的位置过深或过浅都会增大流动阻力,在来流速度9.7m/s条件下,喷嘴处于中等插入位置时总压损失系数降低6%左右;开放空间下,燃料喷嘴的位置越浅越利于火焰稳定,受限条件下这种影响被缩小,并且受限火焰的稳定工作范围明显宽于相同入口条件下的开放火焰;增大旋流器流通面积有利于降低总压损失系数、增强火焰稳定、减轻火焰筒壁面振动幅度,但不利于促进燃料和空气掺混,导致NO和CO的排放浓度都变大;在临近贫油熄火状态时,火焰筒壁面振动幅度加剧,明显高于稳定燃烧时的情况。

煤粉在平面火焰携带流反应系统中着火延迟特性试验

采用自行搭建的可实现高温（1 750K）高加热速率（10^5~10^6 K/s）的平面火焰携带流反应系统试验平台进行煤粉的着火延迟试验研究。通过图像采集系统获得了煤粉燃烧瞬时图像,并通过对煤粉燃烧瞬时图像的后期处理获取煤粉的发光强度随时间变化的趋势,以及不同煤粉着火延迟时间。结果表明,各种煤粉的发光强度曲线有类似的趋势,每条曲线都存在一个光强的极大值,其中兴义（XY）电厂无烟煤着火延迟时间最短,鸭溪2号煤（YX2）着火延迟时间最长,该结果可为锅炉煤粉燃烧器的设计提供参考。

回流区分级着火旋流煤粉燃烧器的试验研制

在分析回流区分级着火旋流煤粉燃烧器工作原理的基础上，进行了冷模实验研究，根据研究的结果对黄石发电厂５号炉旋流煤粉燃烧器进行了改造。运行试验结果表明，这种新型燃烧器对低挥发份煤具有较好的稳燃性能。

进口速度分布对钝体稳定器贫油点熄火性能的影响研究

为了探究燃烧室不均匀进口速度分布对燃烧性能的影响,采用试验的方法,开展了0.101MPa,700K进口条件下四种进口速度分布对钝体稳定器贫油点熄火性能的影响研究,结合流场特性分析了贫油点熄火性能变化的原因,四种进口速度分布依次为:h/H=0,3/6,4/6和5/6(其中h为速度峰值距离通道底部的高度,H为试验通道的高度)。结果表明:整体而言,均匀进口贫油点熄火性能优于非均匀进口。当h/H=3/6时,贫油点熄火性能最差;而当h/H=5/6时,贫油点熄火性能最优。随着h/H由3/6增大到5/6时,贫油点火当量比下降7.39%,贫油熄火当量比下降18.45%。当进口速度分布为h/H=0和3/6时,钝体稳定器下游回流区基本对称;而当h/H=4/6和5/6时,钝体下游回流区不对称,且每个涡出现主副双涡心,存在流体由一个涡心向另一个涡心流动的现象。同时,当进口速度分布由h/H=3/6增大到h/H=5/6时,钝体下游回流区变长,其特征长度Lvc_A增大14.56%,Lvc_B增大50.70%。

FSAE赛车发动机系统设计分析

我们都知道在调试和改装发动机的同时,汽车的动力性和燃油经济性一贯是大家研究的重点。但在某种意义上大家会想方设法地去提高发动机的动力加速性能,却很大程度上增加了油耗。针对这一技术上的矛盾,我们尝试在发动机进气和点火系统上做出一些小的改动,从而能够适应国内大学生方程式赛车在国际上的成熟化。

微油点火燃烧器煤粉流量分配比例的计算

微油点火技术的关键之一就是在一级套筒中形成一个高煤粉浓度区域,以利于煤粉着火。如何验证是否存在这个区域,对微油点火燃烧器的设计和应用尤为重要。根据微油点火燃烧器技术特点,结合点火试验和数值计算结果,提出火焰形状相似度对比法,量化数值计算精度。在精度达到要求的前提下,提出一种煤粉流量在多级套筒中分配比例的测量方法,已成功应用于准格尔发电厂2号炉微油点火燃烧器。