無焰富氧燃燒新模式下煤粉燃燒特性及反應區結構研究

《無焰富氧燃燒新模式下煤粉燃燒特性及反應區結構研究》是依託上海交通大學，由周月桂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：無焰富氧燃燒新模式下煤粉燃燒特性及反應區結構研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周月桂
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

將無焰燃燒與富氧燃燒兩種燃燒方式相結合而形成的無焰富氧燃燒是新一代富氧燃燒技術，其特徵是空分裝置分離的純氧高速噴入燃燒室，形成強烈的煙氣內循環以預熱燃料和稀釋氧化劑，無明顯火焰鋒面，溫度更均勻。煤粉顆粒在高溫低氧、高濃度CO2氣氛下的燃燒行為與第一代富氧煤粉燃燒明顯不同。本項目提出研究“無焰富氧燃燒新模式下煤粉燃燒特性及反應區結構”，採用可控熱氛圍的透光式高溫攜帶流煤粉燃燒實驗裝置，系統地研究高溫低氧氣氛下煤粉顆粒的自著火溫度、著火模式及轉換機理、高CO2和水蒸氣濃度下炭粒的燃燒機理以及CO2化學效應對炭粒燃燒速率和顆粒溫度的影響。採用PLIF雷射測量技術揭示無焰富氧燃燒模式下煤粉燃燒反應區結構及燃燒穩定性機制，確定無焰富氧燃燒模式的參數範圍。建立無焰富氧燃燒模式下煤粉著火、燃燒和輻射傳熱相耦合的數值模擬方法，全面地預測煤粉燃燒特性及反應區結構，為新一代富氧煤粉燃燒技術的發展提供理論支撐。

結題摘要

將無焰燃燒與富氧燃燒兩種燃燒方式相結合而形成的無焰富氧燃燒是新一代富氧燃燒技術，煤粉顆粒在高溫低氧、高濃度CO2氣氛下的燃燒行為與第一代富氧煤粉燃燒明顯不同。本項目 “無焰富氧燃燒新模式下煤粉燃燒特性及反應區結構”採用實驗研究與數值模擬相結合的研究方法，系統深入地研究高溫低氧、高濃度CO2氣氛下煤粉顆粒的著火特性與著火模式、高CO2 和水蒸氣濃度下炭粒的燃燒反應機理、無焰富氧煤粉燃燒的反應區結構以及MILD燃燒模式，建立無焰富氧燃燒模式下煤粉著火、燃燒和熱質傳遞相耦合的數學模型及數值模擬方法，全面地預測煤粉顆粒的著火與燃燒特性，為新一代富氧煤粉燃燒技術的發展提供理論支撐。在Hencken燃燒器平面擴散火焰煤粉燃燒實驗系統上，採用光纖光譜儀和CMOS相機獲得了不同燃燒氣氛（O2/CO2、O2/N2）、熱協流溫度（1273K～1873K）、氧氣濃度（5%～30%）下準東煤粉顆粒的著火行為和燃燒特性。結果表明，無論O2/N2氣氛還是O2/CO2氣氛下，隨著熱協流溫度或氧氣濃度的增加，煤粉顆粒的著火溫度減小，其著火延遲距離和著火時間也隨之減小。在相同的熱協流溫度和氧氣濃度下，O2/CO2氣氛下煤粉顆粒著火時間比O2/N2氣氛下延長了0.5~3.5 ms，O2/CO2氣氛下的顆粒平均溫度比O2/N2氣氛下低51～185 K。提出了一種利用煤粉顆粒溫度波動係數並結合燃燒火焰圖像，可定量確定不同燃燒氣氛、熱協流溫度和氧氣濃度下MILD煤粉燃燒和MILD富氧煤粉燃燒模式的方法。採用OH-PLIF技術測量了神木西煙煤煤粉燃燒火焰中的OH自由基濃度，獲得了不同燃燒氣氛、熱協流溫度和氧氣濃度條件下OH自由基的軸向和徑向分布規律，得到了不同燃燒條件下神木西煙煤煤粉顆粒的著火模式和燃燒反應區結構。全面考慮了煤粉熱解與揮發分燃燒、炭粒表面CO空間反應、炭粒表面氧化還原反應以及熱質傳遞等全過程，建立了無焰富氧燃燒模式下煤粉著火、揮發分燃燒、炭粒燃燒和熱質傳遞相耦合的數學模型和數值模擬方法，詳細預報並分離CO2不同熱物理化學效應和水蒸氣濃度對高溫低氧條件下MILD富氧煤粉燃燒的影響機理。