添加稀释剂对甲烷燃烧中NO_x形成影响的研究

【摘要】：在气体燃料燃烧过程中添加稀释剂是抑制NO、污染物生成的有效方法之一。国外学者在稀释燃烧对NO、形成影响的方面做了一定的研究,但由于气体燃料燃烧是一个复杂的物理化学过程,有关燃烧中NOx形成机理的理论仍在探讨和完善之中,而国内学者对这项技术所进行的研究比较少。基于这样的研究背景,本文在实验和数值模拟的基础上对研究了添加稀释剂对甲烷/空气同向轴对称层流扩散火焰NOx形成的影响,并对研究结果进行了详细的分析与探讨。由于N2、CO2以及CO均为碳氢燃料燃烧后的普遍产物和潜在产物,Ar作为惰性气体不参与任何化学反应,H2为可改善燃烧的新能源,因此这五种气体被选作稀释剂进行研究。本文的工作主要包括以下内容： 通过搭建甲烷/空气同向轴对称层流扩散燃烧的实验系统装置,实验研究了在不同稀释剂种类、不同稀释剂浓度和不同稀释剂添加位置条件下同向轴对称层流甲烷/空气扩散火焰的NO、排放特性；通过对同向轴对称层流甲烷/空气扩散火焰的数值模拟,计算了燃料侧添加不同稀释剂的情况下燃烧中温度、自由基以及NO、的变化,并与实验数据比较,取得了较为满意的结果。实验结果和数值模拟结果表明：在甲烷/空气扩散火焰中,无论是燃料测还是氧化侧添加N2、CO2或者Ar均可以降低NO的生成量,而添加CO或者H2会促进NO的生成。CO2对降低NO排放的效果最为明显。氧化侧添加稀释剂对NO生成的影响比燃料侧更加明显。添加N2或者Ar对NO,生成的影响不大,而添加CO2、CO或者H2会降低NO2的生成量。添加N2、 CO2、Ar或者CO均会使N2O排放量增大,而添加H2会使N2O排放量减小。 本文所研究的内容不仅有助于揭示天然气燃烧中NO、形成的机理,而且促进了稀释燃烧在控制NOx排放方面的实际应用,是实现天然气低NOx燃烧的基础性工作。 【关键词】：NO_x 稀释剂 层流扩散火焰 甲烷燃烧
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外相关研究发展9-14
• 1.2.1 天然气低NO_x燃烧技术9-11
• 1.2.2 轴对称层流火焰中NO_x生成的研究现状11-12
• 1.2.3 NO_x生成机理数值模拟的研究现状12-13
• 1.2.4 气体燃料燃烧中添加稀释剂对NO_x生成影响的研究现状13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-15
• 第2章 添加稀释剂对甲烷/空气层流扩散火焰中NO_x形成影响的实验研究15-32
• 2.1 前言15
• 2.2 甲烷/空气同向轴对称层流扩散燃烧体系的实验装置15-20
• 2.2.1 燃烧系统17
• 2.2.2 供气系统17-18
• 2.2.3 烟气分析系统18-20
• 2.3 实验结果与分析20-30
• 2.3.1 燃料侧添加N_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响20-22
• 2.3.2 燃料侧添加CO_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响22-23
• 2.3.3 燃料侧添加Ar对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响23-24
• 2.3.4 燃料侧添加CO对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响24-26
• 2.3.5 燃料侧添加不同稀释剂的比较26
• 2.3.6 氧化侧添加N_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响26-28
• 2.3.7 氧化侧添加CO_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响28-29
• 2.3.8 氧化侧添加Ar对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 添加稀释剂对甲烷/空气层流扩散火焰中NO_x形成影响的数值模拟32-58
• 3.1 引言32
• 3.2 气体燃料燃烧的NO_x生成机理32-36
• 3.2.1 热力型NO_x的形成机理和影响因素32-34
• 3.2.2 快速型NO的形成机理和影响因素34-35
• 3.2.3 以N_2O为中间体的NO形成机理35-36
• 3.2.4 以NNH为中间体的NO形成机理36
• 3.3 控制方程36-37
• 3.4 边界条件37-38
• 3.5 数值方法与网格划分38-39
• 3.6 数值模拟结果与分析39-56
• 3.6.1 燃料侧添加N_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响39-43
• 3.6.2 燃料侧添加CO_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响43-45
• 3.6.3 燃料侧添加Ar对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响45-48
• 3.6.4 燃料侧添加CO对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响48-50
• 3.6.5 燃料侧添加H_2对甲烷/空气层流扩散火焰NO形成的影响50-53
• 3.6.6 燃料侧添加不同稀释剂的比较53-54
• 3.6.7 燃料侧添加不同稀释剂对甲烷/空气层流扩散火焰NO_2形成的影响54-56
• 3.6.8 燃料侧添加不同稀释剂对甲烷/空气层流扩散火焰N_2O形成的影响56
• 3.7 本章小结56-58
• 第4章 结论与展望58-61
• 4.1 论文总结58-59
• 4.2 课题展望59-61
• 参考文献61-67
• 在读期间发表的学术论文及研究成果67-68
• 致谢68

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