U型管内天然气高温空气燃烧的实验研究

【摘要】： 蓄热式高温空气燃烧技术是一种新型的燃烧技术,具有燃烧效率高,低氧化烧损、低NO_x排放和低热值燃料能源利用的特点,它为低热值燃料的利用提供了一种新途径,该技术已经受到科学界和工业界的广泛关注。将该技术应用于天然气热水锅炉是研究新型燃气炉的一种尝试。它将高温空气燃烧高效低污染的优点同天然气高热值清洁的优点相结合。深入研究它的物理化学特征、炉内低氧高温空气燃烧特性和机理,可提高我国燃烧NO_x和CO排放控制和节能水平,能促进我国社会和经济的可持续发展。 本文系统分析了高温空气燃烧(HTAC)系统的技术优势和发展方向,分析了实现高温空气燃烧所需低氧环境的技术手段。指出烟气再循环是目前使用较多的低氮燃烧技术。本文采用烟气再循环的方式实现燃烧所需要的低氧环境。采用实验研究的方法研究了烟气再循环对高温空气燃烧温度的分布以及燃烧产生NOx的排放的影响,同时对在有热负荷的条件下,实验研究了烟气再循环对高温空气燃烧NOx排放和炉内温度场分布的影响,并进行了深入的分析。 自行设计并搭建了燃烧实验台,建立了一套小型高温空气燃烧实验系统,本装置可将空气预热至700℃以上,系统排烟温度低于150℃,燃烧室温度分布均匀。进行热态燃烧实验,测量了燃烧过程中各测点温度以及NOx排放情况,并进了(?)为工程实践提供理论指导。 【关键词】：高温空气燃烧 烟气再循环 低NOx排放
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK16
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 蓄热式高温空气燃烧技术概述12-13
• 1.2.1 高温空气燃烧技术同传统燃烧的比较12-13
• 1.3 蓄热式高温空气燃烧技术工作原理13-15
• 1.4 高温空气燃烧技术的研究与应用现状15-16
• 1.4.1 国内外数值模拟研究15
• 1.4.2 国内外实验研究15-16
• 1.4.3 高温空气燃烧技术的应用现状16
• 1.5 高温空气燃烧技术在天然气热水锅炉上的应用16-18
• 1.5.1 天然气高温空气燃烧热水炉同传统热水炉区别17-18
• 1.5.2 存在的问题18
• 1.6 本课题研究的主要内容18-19
• 2 天然气高温空气燃烧19-31
• 2.1 高温空气燃烧的化学反应动力学特征19-23
• 2.1.1 Arrihenius燃烧反应速率19-20
• 2.1.2 天然气的燃烧反应机理20
• 2.1.3 燃烧温度20-22
• 2.1.4 燃烧火焰的结构和特征22-23
• 2.2 燃烧过程中的氮氧化物的生成机理23-25
• 2.2.1 天然气燃烧的NOx研究24-25
• 2.3 目前控制NOx的几种方法及其比较25-27
• 2.3.1 低NOx燃烧器25-26
• 2.3.2 催化燃烧26
• 2.3.3 烟气催化脱硝26-27
• 2.3.4 烟气稀释法27
• 2.4 烟气再循环率27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 U型管炉膛热力热力计算31-50
• 3.1 原始数据33
• 3.1.1 热力计算参数33
• 3.2 燃料特性33-34
• 3.2.1 燃料种类:天然气33-34
• 3.3 混合气体、烟气及烩的计算34-38
• 3.3.1 各受热面进出口过量混合气体系数34
• 3.3.2 再循环率氧浓度的关系34-35
• 3.3.3 混合气体体积的计算35-36
• 3.3.4 烟气体积的计算36
• 3.3.5 混合气体与烟气的焓值计算36-38
• 3.4 热平衡计算38-40
• 3.4.1 热平衡方程式38
• 3.4.2 输入热量38-39
• 3.4.3 有效吸收热量39
• 3.4.4 各项热损失39
• 3.4.5 热效率39-40
• 3.5 炉膛热力计算40-45
• 3.5.1 结构特性计算40-41
• 3.5.2 火管计算41-44
• 3.5.3 烟管计算44-45
• 3.6 计算结果分析45-49
• 3.7 本章小结49-50
• 4 实验研究50-63
• 4.1 热台实验的目的和意义50
• 4.2 实验系统简介50-57
• 4.2.1 高温空气燃烧系统50-52
• 4.2.2 换向装置52-53
• 4.2.3 蓄热装置53-54
• 4.2.4 燃烧室及管路系统54-55
• 4.2.5 烟气再循环装置55-56
• 4.2.6 温度采集系统及烟气分析系统56-57
• 4.3 实验方案57-62
• 4.3.1 测点布置57-59
• 4.3.2 实验步骤59
• 4.3.3 实验参数的测量和确定59-60
• 4.3.4 实验不确定度分析60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 烟气再循环对炉内温度场的影响63-73
• 5.1 采用空冷系统时烟气再循环对炉膛温度场分布的影响63-66
• 5.2 采用水冷系统燃烧时烟气再循环对炉膛温度场的影响66-71
• 5.2.1 炉膛内温度分布66-69
• 5.2.2 不同烟气再循环率时各截面温差变化69-70
• 5.2.3 不同蓄热周期对炉内温度场的影响70-71
• 5.2.4 不同蓄热周期对混合气体人入口温度的影响71
• 5.3 本章小结71-73
• 6 烟气再循环对燃烧NOx排放的影响73-80
• 6.1 不同烟气再循环率下的NOx排放73-74
• 6.2 温度对NOx排放影响74-75
• 6.3 不同蓄热时间对NOx生成的影响75-76
• 6.4 采用水冷系统时烟气再循环率对NOx排放的影响76
• 6.5 再循环对燃烧程度的影响(CO)76-77
• 6.6 蓄放热时间对CO的影响77-78
• 6.7 混合气体量对CO的影响78-79
• 6.8 本章小结79-80
• 7 结论与展望80-81
• 参考文献81-85
• 附录85-109
• 作者简历109-111
• 学位论文数据集111

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