天然气扩散燃烧炭黑生成及与火焰辐射和NO_X排放相互作用研究

【摘要】： 天然气作为一种清洁能源,在我国随着“西气东输”工程的进展和对环境保护的重视,其开发和利用得到了快速发展,但是在电站锅炉燃烧过程中仍然存在两个重要问题:一是天然气火焰辐射力弱造成水冷壁吸热不充分,导致过热器和再热器超温;二是天然气燃烧过程中的氮氧化物排放也是一个迫切需要解决的问题。要从根本上解决这两个问题,就必须从研究其生成机理入手,分析燃烧条件改变对火焰辐射和NOX排放的影响,为选择合理的燃烧方式提供理论支持。本文通过研究发现,当预混度较低和环境温度较高时,天然气火焰中生成的炭黑会大大强化火焰的辐射传热能力,在降低火焰温度的同时使热力型NOX的生成量下降;而且炭黑还会还原火焰中已经生成的NOX。 本文首先建立了完善灵活的燃气燃烧NOX测量试验系统,在试验系统上完成了不同预混度、不同环境温度和不同燃气流量对甲烷火焰和液化石油气火焰NOX生成的影响分析。研究结果表明,对于甲烷火焰和液化石油气火焰,存在一个临界环境温度,在临界环境温度以下,NOX生成量随预混度的变化规律按生成机理可以分为三个阶段:先是快速型NOX起主导作用,然后是快速型NOX和热力型NOX共同起作用,最后是热力型NOX起主导作用;在临界环境温度以上,始终是热力型NOX起主导作用。研究还表明,在一定环境温度范围以内,全扩散或低预混度时,NOX生成量和环境温度基本上是二次函数的关系,全预混或高预混度时,NOX生成量基本上不随环境温度变化;当燃气流量变化时,在预混度的整个变化范围之内,NOX排放可以用统一形式的五次多项式表示。 本文还研制了微型天然气燃烧装置并与FTIR进行了联机调试,利用FTIR发射-透射技术,借助于傅立叶变化红外光谱仪在线测量了不同预混度和不同环境温度条件下甲烷火焰的温度和总辐射力。试验结果表明,在大气环境中,改变预混度使炭黑在火焰中的生成位置发生了改变;使外焰处的火焰温度和总辐射力发生了改变;使火焰的整体辐射力水平发生了改变;但是对火焰的整体温度水平影响不是很大。研究还表明,在封闭空间中,环境温度升高使火焰温度下降;预混度较低时,环境温度的改变对火焰温度的影响比较明显;而预混度较高时,环境温度的改变对总辐射力的影响比较明显。 最后,全文在综合NOX测量试验和FTIR测量试验的基础上,全面分析了燃烧条件改变对甲烷火焰中炭黑生成、NOX排放和总辐射力的影响并对三者之间的相互关系作了合理的解释。 【关键词】：天然气 燃烧 炭黑 火焰辐射 NO_x FTIR发射-透射
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景及意义11-14
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 我国天然气工业历史与现状11-13
• 1.1.3 天然气对环境保护的贡献13-14
• 1.2 国内外相关研究进展14-17
• 1.2.1 天然气火焰的NO_x 排放14-16
• 1.2.2 气体火焰的在线测量16-17
• 1.3 本文的研究内容和研究方法17-20
• 1.3.1 工作介质的选择17-18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 1.3.3 研究方法19-20
• 第二章 试验台的设计与调试20-35
• 2.1 前言20
• 2.2 燃气火焰NO_x 测量试验台20-23
• 2.2.1 总体设计20-21
• 2.2.2 燃气燃烧器21-23
• 2.3 高温环境甲烷火焰FTIR 测量试验台23-34
• 2.3.1 总体设计24-25
• 2.3.2 傅立叶变换红外光谱仪25-30
• 2.3.3 天然气燃烧装置30-34
• 2.4 常温环境甲烷火焰FTIR 测量试验台34-35
• 第三章 燃气火焰的NO_x排放研究35-51
• 3.1 前言35-36
• 3.2 气体火焰的NO_x 生成机理36-41
• 3.2.1 热力型NO_x 的生成机理和影响因素36-39
• 3.2.2 快速型NO_x 的生成机理和影响因素39-41
• 3.3 试验结果及分析41-50
• 3.3.1 不同预混度和燃气流量对NO_x 生成量的影响42-44
• 3.3.2 不同预混度和环境温度对甲烷火焰NO_x 生成量的影响44-45
• 3.3.3 不同预混度和环境温度对液化气火焰NO_x 生成量的影响45-46
• 3.3.4 不同环境温度和预混度对NO_x 生成量的影响46-48
• 3.3.5 不同甲烷流量对NO_x 生成量的影响48-50
• 3.4 结论50-51
• 第四章 常温环境甲烷火焰的FTIR 测量研究51-72
• 4.1 前言51-58
• 4.1.1 火焰测量方法51
• 4.1.2 火焰温度51-53
• 4.1.3 火焰辐射53-56
• 4.1.4 燃气火焰的炭黑生成和辐射换热56-58
• 4.2 试验结果及分析58-67
• 4.2.1 概述58
• 4.2.2 试验结果58-64
• 4.2.3 分析和讨论64-67
• 4.3 结论67-72
• 第五章 高温环境甲烷火焰的FTIR 测量研究72-96
• 5.1 前言72
• 5.2 试验结果及分析72-87
• 5.2.1 全预混72-76
• 5.2.2 60%预混76-80
• 5.2.3 40%预混80-83
• 5.2.4 全扩散83-87
• 5.3 结论87-96
• 第六章 全文总结及进一步工作展望96-101
• 6.1 全文总结96-100
• 6.1.1 常温甲烷火焰NO_x 排放和火焰温度的相互关系96-97
• 6.1.2 高温甲烷火焰NO_x 排放和火焰温度的相互关系97-100
• 6.2 论文创新点100
• 6.3 进一步工作展望100-101
• 参考文献101-107
• 致谢107-108
• 攻读学位期间发表的学术论文108

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

全预混燃烧降低污染物排放的探讨    徐鹏,傅忠诚

低NO_x浓淡火焰对冲燃烧技术及装置的研究    高春梅

一种新型低NO_x家用燃烧器    刘丽珍,李清,邵震宇,刘庆时

天然气燃烧的低NO_x排放研究现状和发展动向    吴晋湘,苟湘,刘联胜,韩振兴,闫运忠,贾云飞

高速气体燃烧器的研制    罗哲,王家兴

天然气锅炉中天然气的燃烧及调整    郭萌

采用发射光谱法检测煤粉锅炉火焰的技术研究    蔡小舒,罗武德

高温低氧燃烧火焰辐射特性的实验研究    钟水库,马宪国,赵无非,眭向荣,丁树冬

大容量锅炉火焰动态响应特性及红外探测技术    樊泉桂,李江

洁净煤技术的研究和进展    岑可法,池涌

冻土非稳态温度场有限元模拟分析    朱明;苏小勇;宋琼瑶;蒋跃;

烟气脱硫工艺的研究    朱东升;黄佺;胡海兰;

汽车尾气催化净化催化剂的研究进展    王绍梅,李惠云,袁小勇

高温环境中横圆柱体的传热数值模拟    程银兵,吴广明,马建华,沈军

煤炭助燃除灰剂改善热电厂热效率的试验研究    任福民,白金贵,李仙粉

柴油机排气微粒壁流式陶瓷过滤体过滤机理及影响因素    宁智,宋波,资新运,刘建华

锅炉的燃烧分析及火焰检测系统    陈广华,张令

基于图像处理的火焰监视控制系统    王艳斌;唐一科;张济生;

化学反应速率模型对高温空气燃烧特性的影响    刘赵淼;郝海舟;金艳梅;刘华敏;马重芳;

富氧燃烧的主要环境影响因素概述    刘庆才,陈淑荣

浅析燃气锅炉房天然气泄漏及防范措施    钟勇;

甲烷-空气混合物预混火焰的结构特征研究    牛芳;刘庆明;宫广东;何学秋;白春华;

小型户用沼气锅炉的设计计算    李文涛;刘建禹;李文哲;

合成射流在燃烧中效用的初步探索及应用    杨治国;赵宏;娄慧娟;

恶臭污染及危害分析    李燕莉;王令;程晖;丁忠浩;

柴油机微粒捕集器技术研究进展    曹丽;业红玲;王继先;王务林;

适用于高含硫柴油的车用柴油机尾气净化装置(DPF，DPNR)的开发研究    许伯彦;张勇;齐运亮;

催化转化器与发动机的匹配    熊远梅;石永泉;

红外辐射加热技术的应用及实例剖析    李国才;

回转窑焚烧系统在危险废物处理中的应用    杨红芬;

细水雾抑制熄灭气体射流火焰的实验研究    陆嘉

电场作用下液体乙醇微细尺度层流扩散燃烧的实验与数值模拟    徐涛

煤粉射流的高温空气燃烧特性与燃煤锅炉低NO_x燃烧优化研究    郑立刚

低挥发份劣质燃料循环流化床燃烧特性研究    李社锋

煤粉空气分级和再燃技术机理、应用和模型研究    刘茂省

气流床气化炉及其辐射废锅内的多相流动、传热与熔渣行为研究    倪建军

基于冶炼过程及终点判断技术的烟化炉智能控制系统研究    张寿明

轿车柴油机微粒捕集器工作过程数值模拟及再生控制策略研究    张辉

基于多光谱分析的火焰温度及烟黑浓度分布检测    孙亦鹏

工业炉温度场可视化与辐射特性参数解耦重建研究    张向宇

车用柴油机冷EGR温度控制系统的研究    张坤

TBD234柴油机缸内燃烧模拟及排放预测    张万煌

4G94D4发动机电喷系统台架匹配试验研究    方立辉

四角切圆炉单层燃烧器出口流场特征参数提取方法的研究    陶化龙

地源热泵及辐射末端在夏热冬冷地区运行特性的实验分析研究    王蕾

固体废物焚烧飞灰水泥窑协同处置技术研究    郑元格

水煤浆气化喷嘴加压雾化实验研究与数值模拟    李波

基于CCD辐射能图像的焚烧系统温度场重建技术研究    王兴刚

低热值预混气在往复式多孔介质中燃烧实验研究    李涛

纳米流体导热及辐射特性研究    王辉

烟气扩散的CFD数值模拟    金颖,周伟国,阮应君

低NO_x浓淡火焰对冲燃烧技术及装置的研究    高春梅

开发金属纤维燃烧器——提高天然气应用技术    金志刚,孟红,金国强,吴旭

上海地区推广应用燃气锅炉的探讨    姚正芝

关于低压引射大气式燃烧器最佳结构参数的计算方法    彭世尼

高温贫氧燃烧技术的研究与应用    马宪国,郑国耀,李道林

采用不同湍流模型及差分格式对四角切向燃烧煤粉锅炉内冷态流场的数值模拟    由长福,祁海鹰,徐旭常,Bernard Baudoin

防止磨煤机故障引起的灭火和爆燃的研究    樊泉桂，李江，曾德良，麻滋沛

大容量锅炉火焰动态响应特性及红外探测技术    樊泉桂,李江

高浓度煤粉燃烧理论和技术发展现状    韩才元

双色法测试系统的标定及燃油炉火焰辐射的测量    陈石

聚合物火焰辐射的通风影响    姜冯辉

高温贫氧燃烧过程火焰辐射的数值模拟计算    钟水库,马宪国,赵无非,眭向荣

蒙特卡洛法在火焰热辐射计算中的应用    李全峰;季经纬;陈金林;谢友友;马志勇;

利用代数重建技术根据火焰辐射图像测量煤粉火焰断面温度场    卫成业,王飞,严建华,马增益,薛飞,陈宗福,岑可法

火焰辐射的Marcov模型及燃烧预测    万振刚,蔡小舒,季琨,赵志军

大空间建筑火灾中火焰辐射对无保护钢构件升温的影响    杜咏;李国强;

考虑火焰辐射的大空间建筑火灾中钢构件升温实用计算方法    杜咏;李国强;

窑内火焰空间传热的网络分析法    李国忠;

计算柴油机缸内火焰辐射系数的新方法    刘明安,潘克煜,陈硕

煤粉射流吸热着火稳燃机理及新型稳燃技术探讨    周怀春;方庆艳;张志国;

液化石油气储罐爆炸前兆及理论分析    马占全;

燃烧火焰温度测量法的实验研究    卢小芬;

燃烧火焰辐射图像处理研究及其在循环流化床锅炉上的应用    姜志伟

大空间建筑网架结构实用抗火设计方法    杜咏

油品扬沸火灾重构与防治对策研究    谭家磊

细水雾抑制熄灭气体射流火焰的实验研究    陆嘉

基于光学波动法和相关原理的颗粒测量及多波长火焰温度分析    周洁

化工储罐火灾起火点推断物证技术研究    郑斌

热电偶用于火焰测温及其烟黑沉积过程的模拟研究    熊倩

火灾作用下CⅡ海洋平台的承载能力分析    李丰亭

天然气扩散燃烧炭黑生成及与火焰辐射和NO_X排放相互作用研究    宋在乐

含CO的混合燃料燃烧特性的数值模拟研究    李国强

火焰辐射光谱数据存储、查询及分析系统    范淑静

火焰光谱数据特征提取、分析系统    王启峰

基于图像处理的火焰监测与燃烧诊断技术    雍占锋

火焰光谱分析系统    廖晓思

同轴射流天然气扩散火焰特性研究    杨志良

基于辐射光谱法的火焰燃烧稳定性检测研究    黄耀松