煤粉群燃火焰中碳黑生成機理的研究

《煤粉群燃火焰中碳黑生成機理的研究》是依託清華大學，由張海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤粉群燃火焰中碳黑生成機理的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張海
• 項目類別：面上項目

項目摘要

霧霾是我國當前迫切需要解決的重大民生問題，而形成霧霾的微細顆粒的一個重要來源是燃煤鍋爐排放的碳煙。儘管碳煙的研究開展了數十年，但基本仍局限於簡化的燃燒環境，實際燃燒系統中碳煙的生成機理仍是燃燒界的一個挑戰，煤粉鍋爐中煤粉燃燒以群燃火焰的形式進行，其中碳煙的生成機理和影響機制還有待揭示。本項目以煤粉群燃火焰為對象，在與實際鍋爐接近的、可控的燃燒環境進行開展實驗研究，使用多種光學測量方法和傳統採樣方法相結合，採用最新研究報導的有效消除煤粉、飛灰等大顆粒對測量結果的干擾方法，定量地測定不同煤種和燃燒參數條件下碳煙在群燃火焰中的濃度分布、火焰內溫度分布、煤焦顆粒分布和主要自由基分布，關聯火焰特性與碳煙濃度分布特性，揭示群燃火焰中碳煙的生成機理和影響因素，建立生成模型，總結減少碳煙生成的措施，同時獲得碳煙生成對煤粉火焰特徵的反向影響規律，提出提高爐內燃燒和輻射傳熱計算精度的修正方法。

結題摘要

煤粉燃燒過程中生成大量的碳煙顆粒，了解生成特性和濃度分布特性對控制污染排放和提高爐內燃燒和輻射傳熱計算精度有重要意義。但煤粉火焰中碳煙的生成濃度分布的測量和模型預算具有挑戰性，在測量中需有效消除煤粉、飛灰等大顆粒對測量結果的干擾，而模擬中設計多過程多維度，研究缺乏。 本項目確認了使用快速取樣和多種光學方法，包括Mie 散射、LII、PLIF測定典型工況下湍流煤粉射流火焰中碳煙顆粒形貌、濃度，以及煤粉群燃火焰溫度分布以及OH、CH 等重要基元的分布的可行性；研究了煤粉群燃火焰中碳煙生成機理，以及群燃火焰特性與碳煙生成特性的耦合作用，建立煤粉群燃火焰中碳煙的生成模型；實驗研究了煤粉群燃火焰變化參數，包括煤種、煤粉濃度、一二次風濃度、一二次風溫度以及環境氣體組分和氧氣濃度對群燃火焰及其碳煙生成特性的影響，校核改進煤粉群燃火焰的碳煙生成模型，總結減少碳煙生成的有效措施；模擬研究碳黑的輻射傳熱特性，定量評估煤粉燃燒系統中考慮碳煙生成對煤粉火焰特徵、傳熱量的影響，建立更為可靠的煤粉燃燒模型，提出提高爐內輻射傳熱計算精度的修正方法。通過研究，掌握了煤粉群燃火焰中碳煙生成及其濃度分布的定量測量方法，確認了雷射方法測量煤粉火焰結構及其碳煙濃度時有效消除煤粉、飛灰等大顆粒對測量結果的干擾的必要措施和關鍵參數；關聯了火焰特性和碳煙濃度分布特性，探討煤粉群燃火焰中碳煙生成機理， 建立煤粉群燃火焰中碳煙生成機理模型，並揭示煤粉群燃火焰的結構變化對其中碳煙生成特性的影響規律；（3）揭示碳煙存在對煤粉火焰熱輻射的作用規律，並開發更為準確的煤粉燃燒與傳熱模型或者計算方法。本項目年度計畫進展順利，圓滿地完成了任務書的各項任務，取得了一系列成果，達到了預期的結果。在本項目的支持下，發表國內外期刊、會議文章25篇，其中SCI檢索收錄論文7篇，EI收錄8篇。