重油O2/CO2擴散火焰的燃燒特性及NOx生成機理研究

《重油O2/CO2擴散火焰的燃燒特性及NOx生成機理研究》是依託山東大學，由王志強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：重油O2/CO2擴散火焰的燃燒特性及NOx生成機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王志強
• 依託單位：山東大學

中文摘要

隨著CO2的捕集、封存和利用研究的不斷深入，利用CO2驅油日益受到重視，同時以蒸汽驅油為目的的重油注汽鍋爐也被廣泛使用。基於此背景，提出O2/CO2燃燒方式套用於重油注汽鍋爐富集CO2的新方法，在實現有效驅油的同時封存CO2。本項目擬通過引入混合數和流場混合均勻度來研究重油富氧擴散火焰燃燒穩定性；在建立的重油霧化燃燒綜合實驗系統上對重油O2/CO2擴散火焰的燃燒特性進行研究，揭示重油在O2/CO2氣氛下的著火過程、火焰形成過程以及燃盡過程；採用反應器網路分析法研究包含燃燒反應的NOx生成機理，探索O2/CO2燃燒方式下氧化劑的旋流數和O2濃度對NOx生成的貢獻程度。通過本研究，闡明重油O2/CO2擴散火焰穩定燃燒的條件及提出重油燃燒過程中NOx生成排放高效低成本的控制方法，完善重油富氧燃燒理論，研究成果為實現高效低污染的重油富氧燃燒的工業套用提供指導。

結題摘要

本項目提出O2/CO2燃燒方式套用於重油注汽鍋爐富集CO2的新方法，基於熱重試驗台探討重油在各種氣氛下熱重特性及動力特性分析，深入研究了不同條件對重油O2/CO2燃燒擴散火焰穩定性的影響，且採用數值模擬和試驗相結合的手段，揭示了重油在O2/CO2方式下擴散火焰的燃燒特性及污染物排放情況。熱重試驗台開展了重油O2/CO2燃燒特性及動力學參數的研究，討論了升溫速率、氧濃度及惰性組分對燃燒的影響，重油熱分析失重過程分為四個階段：小分子揮發階段、中小分子低溫氧化階段、大分子氧化熱解階段及劇烈氧化燃燒階段。升溫速率增加使得氧化燃燒階段失重峰值降低，而熱流峰值增大。低溫區，氧濃度對重油燃燒特性影響並不明顯；高溫區，氧濃度升高后燃燒過程縮短，DTG及DSC峰值增大。動力學分析表明，快速氧化階段活化能高於慢速氧化階段，且活化能隨氧濃度升高而降低。單個掃描速率分析結果與多重掃描速率分析結果在低溫區域相差較大，高溫區域相差不大。搭建了重油O2/CO2燃燒試驗系統，採用工業套用廣泛的調製重油為研究對象，最佳化霧化噴嘴。基於試驗台的參數以CFD軟體為計算平台，分別對O2/N2氣氛和O2/CO2氣氛下的燃燒情況進行了數值模擬計算, 結果顯示在富氧燃燒方式下，由於CO2具有較大的比熱，爐內整體溫度水平小於空氣氣氛，但隨著氧濃度的增加爐內整體溫度水平提高，燃燒得到強化。輻射換熱量由於高的CO2濃度而高於空氣氣氛下，並隨著氧濃度的增加而變大，而對流換熱隨著氧濃度的增加而減小。當爐膛加長後氧濃度在25%-32%時，換熱量更接近於空氣工況，實際運行中要綜合考慮受熱面的溫度區域，選擇合適的O2/CO2配比率。燃燒試驗研究了O2/CO2氣氛下氧濃度及惰性組分對火焰傳播、溫度場及污染物排放特性的影響，並與O2/N2氣氛燃燒進行了對比分析。低氧濃度時，無法實現穩定燃燒，隨氧濃度升高，火焰穩定性增強，更加明亮，溫度梯度增大。與O2/N2氣氛燃燒的對比表明，相同氧濃度下O2/CO2氣氛燃燒的溫度水平較低，火焰傳播速度較低，且火焰形態隨氧濃度的升高變化不明顯。O2/N2氣氛燃燒生成的NO量明顯大於O2/CO2氣氛燃燒，且隨溫度升高呈指數增長，CO與SO2濃度維持在較低水平。重油O2/CO2燃燒在氧濃度為31%-33%時可實現與空氣燃燒近似溫度。