天然气灶多孔陶瓷板催化燃烧器的污染物排放及其传热特性研究

【摘要】：近年来,人们对天然气多孔陶瓷板红外线燃烧器的研究越来越关注。它不仅利用红外线辐射传递热量,而且在催化剂作用下,可提高燃烧效率,降低燃烧温度,减少有害物质如CH、NOx、CO 等的排放。本文就是利用自行设计的实验系统从催化剂的成分入手,讨论过量空气系数、热负荷以及多孔陶瓷载体目数对这些排放物的影响,并研究了载体的传热特性随过量空气系数及催化剂成分的变化情况。 通过对催化燃烧机理和燃烧污染物的生成机理及影响因素的分析得知,催化反应是通过降低反应的活化能,加速反应进程而实现的,而且CH、CO 和NOx的生成与催化剂成分、燃烧温度、过量空气系数、热负荷及燃气混合程度有关。实验研究表明,过量空气系数在0.9～1.15 的范围内,载体1(催化剂成分为Pd2.1‰La3.33‰Ce38.83375‰Ba8.448‰Al2O311%)对CH 的控制能力最好,在α=1.02 时达到了零排放,小于空载体的CH 排放。催化剂对CO 的控制无效,比空载体的排放都高。载体2(催化剂成分为Pd2.2‰La3.2376‰Ce37.677‰Ba8.1966‰Al2O311%)对NOx 排放的控制较好,在α=1.02 时只有7ppm,比空载体小5ppm,而且NOx随着过量空气系数的增加而降低。热负荷也能够在一定范围内控制燃烧污染物的形成。随着热负荷的增加,CH、CO 的排放量减少,燃烧更加完全,但NOx的排放量却有所增加。CH 和CO 随着载体表面温度的升高而降低,NOx随着表面温度的增加而升高,但不同载体的变化幅度不尽相同。载体1 随着表面温度的变化最快。多孔陶瓷载体的目数对燃烧污染物的排放也有影响,目数多(孔径小)的多孔陶瓷载体对燃烧污染物的排放控制较好。 通过对载体传热特性的研究发现,载体的温度随着过量空气系数的增大而降低,也影响到载体的表面温度,从而影响多孔陶瓷板燃烧器的辐射效率,所以,在设计多孔陶瓷板燃烧器的时候,既要考虑控制污染物CH、CO 和NOx排放的排放特性,又要考虑燃烧器的传热特性。 【关键词】：催化燃烧 家用炉灶 多孔陶瓷板 载体 排放
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TS914.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的背景及意义10-13
• 1.1.1 家用燃气灶的概述11
• 1.1.2 燃烧污染物排放标准11-12
• 1.1.3 传统燃烧与催化燃烧的比较12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第2章 催化燃烧机理及污染物排放17-34
• 2.1 催化作用原理17-24
• 2.1.1 多相催化反应的物理化学过程18
• 2.1.2 表面反应速度18-20
• 2.1.3 气体燃料催化燃烧机理20-21
• 2.1.4 气体催化燃烧分类21-24
• 2.2 催化剂性能指标24
• 2.3 催化剂失活24-25
• 2.4 多孔陶瓷板催化燃烧反应器25-27
• 2.5 催化燃烧器与大气式燃烧器的比较27-28
• 2.6 燃烧过程中污染物的生成及分解机理28-32
• 2.6.1 NO_x生成机理28-31
• 2.6.2 CO 和 CH 生成机理31-32
• 2.7 本章小结32-34
• 第3章 天然气催化燃烧多孔陶瓷板燃烧器实验系统34-41
• 3.1 多孔陶瓷板的设计34-35
• 3.2 污染物排放的实验测试系统35-37
• 3.3 多孔陶瓷板载体温度测试实验系统37
• 3.4 实验数据的误差分析37-40
• 3.4.1 烟气组分浓度测量的误差分析37
• 3.4.2 温度测量的误差分析37-39
• 3.4.3 高度测量的误差39
• 3.4.4 流量测量的误差39
• 3.4.5 其它误差环节39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 天然气灶催化燃烧器的实验研究41-74
• 4.1 催化剂及天然气的成分41-42
• 4.2 催化剂成分及过量空气系数对污染物质排放的影响42-51
• 4.2.1 催化剂成分及过量空气系数对碳氢化合物排放的影响42-45
• 4.2.2 催化剂成分及过量空气系数对一氧化碳排放的影响45-47
• 4.2.3 催化剂成分及过量空气系数对氮氧化物排放的影响47-51
• 4.3 相同α下,天然气流量对燃烧污染物排放的影响51-57
• 4.3.1 热负荷对碳氢化合物排放的影响51-53
• 4.3.2 热负荷对一氧化碳排放的影响53-55
• 4.3.3 热负荷对氮氧化物的影响55-57
• 4.4 载体表面温度对催化燃烧污染物排放的影响57-61
• 4.4.1 碳氢化合物排放随载体表面温度的变化58
• 4.4.2 一氧化碳排放随载体表面温度的变化58-60
• 4.4.3 氮氧化物排放随载体表面温度的变化60-61
• 4.5 多孔陶瓷载体目数对燃烧污染物排放的影响61-64
• 4.6 多孔陶瓷载体温度的比较64-72
• 4.6.1 载体温度沿轴向距离和过量空气系数的变化65-70
• 4.6.2 在相同的过量空气系数下,不同载体温度沿轴向的变化70-71
• 4.6.2 载体表面温度随过量空气系数的变化71-72
• 4.7 本章小结72-74
• 第5章 多孔陶瓷板催化燃烧数值模拟74-86
• 5.1 Fluent 简介74-75
• 5.2 物理模型的建立和网格的划分75-76
• 5.3 数学模型76-78
• 5.4 计算结果分析78-85
• 5.4.1 速度场分布78-81
• 5.4.2 温度场分布81-84
• 5.4.3 氮氧化物浓度场分布84-85
• 5.5 计算结果与实验结果的比较85
• 5.6 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-91
• 变量表91-92
• 附录92-98
• 攻读硕士学位期间的科研成果98-99
• 致谢99

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