【摘要】：隨燃?xì)廨啓C(jī)級別提高,燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室出口溫度最高已接近1973K,常規(guī)貧預(yù)混燃燒即使在摻混均勻的情況下也無法滿足日益嚴(yán)格的低NOx排放要求。燃料軸向分級燃燒技術(shù)將燃燒室軸向分成主燃區(qū)和二級燃燒區(qū),部分燃料在二級燃燒區(qū)噴入形成低氧燃燒,實(shí)現(xiàn)更寬負(fù)荷范圍內(nèi)低NOx排放,目前已在商業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)上獲得應(yīng)用。然而,燃料軸向分級燃燒抑制NOx生成的內(nèi)在機(jī)制尚不完全清楚,如何將燃料軸向分級燃燒與常規(guī)貧預(yù)混燃燒結(jié)合應(yīng)用于燃燒室設(shè)計(jì)仍待細(xì)致研究。論文針對1973 K燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室,采用模擬分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,研究了二級負(fù)荷比例、當(dāng)量比等關(guān)鍵參數(shù)對CO/NOx排放的影響規(guī)律,分析了軸向分級燃燒中NOx抑制機(jī)制;研究了摻混性能耦合二級關(guān)鍵參數(shù)對軸向分級燃燒CO/NOx排放的影響規(guī)律;設(shè)計(jì)模型燃燒器,實(shí)驗(yàn)研究天然氣軸向分級預(yù)混燃燒特性,具體如下:1)基于Chemkin軟件平臺,建立了理想摻混情況下的燃料軸向分級燃燒室和貧預(yù)混燃燒室化學(xué)網(wǎng)絡(luò)模型,研究了二級燃燒區(qū)關(guān)鍵參數(shù)對CO/NOx排放特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,相對于常規(guī)貧預(yù)混燃燒,燃料軸向分級燃燒具有較寬的低NOx排放的工況范圍,尤其在在高溫情況下低NOx排放優(yōu)勢明顯。通過NOx再燃抑制NOx生成的占比較小,最高僅4.5%,抑制熱力型NOx生成是燃料軸向分級燃燒實(shí)現(xiàn)低NOx的主因,其中在保證燃燒穩(wěn)定、CO燃盡的前提下,降低主燃區(qū)燃燒溫度、縮短二級停留時(shí)間是實(shí)現(xiàn)低NOx排放的有效手段。2)建立化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型,研究了主流高溫?zé)煔?二級未燃預(yù)混氣摻混不均勻性和二級燃/空預(yù)混不均勻性對污染物生成的影響規(guī)律。結(jié)果表明,摻混不均勻度的增加導(dǎo)致NOx、CO排放增加,且在較高的二級當(dāng)量比、二級負(fù)荷比例下,摻混不均勻性對污染物排放的影響更嚴(yán)重。摻混性能耦合二級負(fù)荷比例、二級當(dāng)量比作用時(shí),針對NOx排放存在二級負(fù)荷比例和二級當(dāng)量比的最佳值。二級燃/空預(yù)混氣采用貧燃運(yùn)行方式,更有利于實(shí)現(xiàn)低NOx排放,同時(shí)對二級噴嘴結(jié)構(gòu)預(yù)混均勻性設(shè)計(jì)有更寬的容許裕度。3)設(shè)計(jì)模型燃燒器并在常壓狀態(tài)下開展了不同二級負(fù)荷比例、二級當(dāng)量比和總當(dāng)量比下的模型燃燒器燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果體現(xiàn)了軸向分級燃燒的低NOx排放特性,且模型燃燒器存在最佳二級負(fù)荷比例實(shí)現(xiàn)低NOx排放,而CO排放僅稍增;主流高溫?zé)煔馀c二級未燃預(yù)混氣摻混不均勻的影響隨二級負(fù)荷比例增加趨于嚴(yán)重。
【圖文】：

以及粉塵顆粒物［５］，其中ＮＯｘ為污染物重要組成成分。燃燒室作為燃?xì)廨啓C(jī)的逡逑核心部件，如何使燃燒室在更寬負(fù)荷下穩(wěn)定、低排放燃燒在國際上被重點(diǎn)關(guān)注，逡逑同時(shí)ＮＯｘ和ＣＯ的生成都與火焰溫度有關(guān)，如圖１．２所示［６］。圖１．２顯示ＮＯｘ、逡逑ＣＯ生成在穩(wěn)定低排放燃燒溫度范圍內(nèi)相互矛盾，如何解決或者平衡燃燒溫度和逡逑ＮＯｘ、ＣＯ排放之間的矛盾，是當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室發(fā)展的關(guān)鍵問題。逡逑１２０邋邐邋３０逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋；逡逑１００邋－邐—ｒａｎｇｅ邋ｆｏｒ邐／邐－邋２５逡逑ｌｏｗ邐：邐／逡逑ｓ邐丨邐ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ邐丨邐／ｎｏ，邐Ｉ逡逑Ｓ．邋８０邋—邐／邐—邋２０邋ｇ逡逑Ｉ邋＼邋丨邐＇＇邐Ｉ逡逑ｃ0＼邐：：邐＼邐＼逡逑0邋—＾１邋ｉ邐１邐１邐１邐0逡逑１５００邐１６００邐１７００邐１８００邐１９００邐２０００邐２１００逡逑Ｉ’ｒｉｍａｒｙ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，邋Ｋ逡逑ｉ000ｋ＾—邋ｃ0＝＝ｒｃｅ0ｒｚ匕一＾５00ｋ逡逑圖１．２邋ＮＯｘ和ＣＯ排放與燃燒溫度關(guān)系曲線圖Ｗ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＮＯｘ／ＣＯ邋ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｉｎｇ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ１６１逡逑目前，由于國內(nèi)外應(yīng)用最廣的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)為干式低ＮＯｘ技術(shù)（Ｄｒｙ逡逑ＬｏｗＮＯｘ，ＤＬＮ），，通過調(diào)研ＧＥ公司ＤＬＮ燃燒技術(shù)的發(fā)展，如表１．１所示，可逡逑２逡逑

燃料軸向分級燃燒技術(shù)（Ａｘｉａｌ邋Ｆｕｅｌ邋Ｓｔａｇｅ，ＡＦＳ）是指將燃料和空氣分成兩逡逑部分噴入燃燒室，同時(shí)燃燒室在軸線方向上分成兩個(gè)區(qū)域，即主燃區(qū)和二級燃燒逡逑區(qū)，如圖１．３所示，一級燃料和一級空氣在主燃區(qū)完成預(yù)混燃燒，二級燃料和二逡逑級空氣的未燃預(yù)混氣與主流高溫?zé)煔鈸交炀鶆蚝笤诙壢紵齾^(qū)完成整個(gè)燃燒過逡逑程。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK473

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