第27卷第1期《燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)》Ⅴol.27No.12014年3月GAS TURBINE TECHNOLOGYMar.,2014合成氣柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件數(shù)值研究黃明明2,邵衛(wèi)衛(wèi)3,張哲巔,熊燕…,劉艷'3,肖云漢1.中國(guó)科學(xué)院能源動(dòng)力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(工程熱物理研究所),北京100190;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京1001903.中國(guó)科學(xué)院能源動(dòng)力研究中心,江蘇連云港222069)摘要:運(yùn)用 Chemkin程序建立空氣分級(jí)、帶煙氣回流的燃燒模型,研究4種燃料、2種空氣預(yù)熱溫度、3種工作壓力下實(shí)現(xiàn)柔和燃燒所需的煙氣回流比例。主當(dāng)量比增加時(shí),回流煙氣的溫度升高,氧摩爾分?jǐn)?shù)降低,有利于為柔和燃燒創(chuàng)造¨“高溫低氧”的氧化劑氣氛,導(dǎo)致轉(zhuǎn)捩回流比例降低。對(duì)于氫氣燃料,相同煙氣出口溫度時(shí),增加工作壓力,轉(zhuǎn)捩回流比例會(huì)升高,轉(zhuǎn)捩NO排放降低,這可能和回流煙氣的氧摩爾分?jǐn)?shù)降低有關(guān)關(guān)鍵詞:柔和燃燒;合成氣;敏感性分析;NO、排放中圖分類號(hào):V231.2+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10092889(2014)01001606整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( Integrated Gasification氮?dú)?研究經(jīng)CO2或氮?dú)庀♂尩臒N類燃料柔和燃燒Combined Cycle,IGCC)中煤氣化產(chǎn)物合成氣中的氫的NO、排放特性,結(jié)果為NO排放降低,火焰亮度氣含量受煤炭種類、氣化工藝的影響在15%~50%降低。G.G.Sve6研究柔和燃燒用到經(jīng)氮?dú)饣蛑g變化-2。如果合成氣燃?xì)廨啓C(jī)采用稀預(yù)混燃CO2稀釋的天然氣燃料,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣預(yù)熱燒,氫氣含量的變化引起預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣炔▌?dòng)導(dǎo)溫度對(duì)燃燒場(chǎng)溫度分布的影響,結(jié)果表明在沒有空氣致燃燒不穩(wěn)定和破壞性回火,影響安全穩(wěn)定工作,因預(yù)熱時(shí)即可得到較為均勻的溫度分布。綜上所述,學(xué)此燃機(jī)廠商大都采用稀釋擴(kuò)散燃燒技術(shù)。該技者多關(guān)注甲烷等烴類燃料的柔和燃燒特性,對(duì)合成氣術(shù)由于需要添加稀釋劑,運(yùn)行成本會(huì)相應(yīng)地增加;從柔和燃燒研究較少。為了探索IC背景下合成氣環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā),需要進(jìn)一步降低NO.生成,燃?xì)廨啓C(jī)采用柔和燃燒技術(shù)的可行性,有必要開展數(shù)從而不得不添加更多的稀釋劑,導(dǎo)致不穩(wěn)定燃燒;另值模擬工作,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文建外,從工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,該技術(shù)很難將NO、排放立空氣分級(jí)、帶煙氣回流的燃燒模型,數(shù)值研究合成降到1.0×10以下。鑒于以上問題,有必要探索氣燃料實(shí)現(xiàn)柔和燃燒所需要的條件,即回流多少比例NO、排放更低的燃燒技術(shù)。柔和燃燒是反應(yīng)物亼口的煙氣能實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,最后綜合回流比例和NO溫度高于自燃溫度、反應(yīng)最高溫升低于自燃溫度的燃排放數(shù)據(jù)得到空氣分配規(guī)律燒反應(yīng)。反應(yīng)物溫度高于自燃溫度,不存在燃燒穩(wěn)定性的問題;溫升低以致NO、排放和噪聲較低。1模型的建立和計(jì)算條件作為一種新型燃燒方式,柔和燃燒引起國(guó)內(nèi)外1.1建立模型和模型介紹學(xué)者的普遍關(guān)注。B.B.Dls, Amir mardani,研究的燃料是:10MJ/m3合成氣(純氧氣化產(chǎn)P.Shia,YYu“研究柔和燃燒都用到甲烷/氫物)5Mm合成氣(空氣氣化產(chǎn)物),氫氣(10氣混合物燃料。除了甲烷/氫氣混合物燃料外,NPe°往甲烷、乙烯丙烷3種燃料中摻混CO2或m中國(guó)煤化工氣氮?dú)饣旌衔?5MJCNMHO燃料的組分配比如表1收稿日期:20130509改稿日期:20130528基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(51006104)作者簡(jiǎn)介:黃明明(1987-),男,博士研究生,學(xué)士,主要研究方向?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)燃燒室設(shè)計(jì)。E-il:huangmingming@iet.cn。第1期合成氣柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件數(shù)值研究17所示,凈比能均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下數(shù)值。運(yùn)用 Chemkin軟ⅣSR3是模型中的主燃燒區(qū),SR4是輔助燃燒件,建立空氣分級(jí)、帶煙氣回流的燃燒模型,通過調(diào)區(qū),而FSR1和PSR2主要起摻混作用,因此PSR1和節(jié)回流比例,借助柔和燃燒判別準(zhǔn)則,得到不同燃PSR2的反應(yīng)器停留時(shí)間應(yīng)設(shè)得小一些,為0.0005料、預(yù)熱溫度、工作壓力下實(shí)現(xiàn)柔和燃燒所需要的煙預(yù)設(shè)溫度也應(yīng)該低一點(diǎn),為300K;PSR3和PSR4的氣回流比例(以下將實(shí)現(xiàn)柔和燃燒的最小回流比例停留時(shí)間設(shè)為0.1s,預(yù)設(shè)溫度為1600K。1600K簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)捩回流比例)。本文利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果分預(yù)設(shè)溫度起到輔助點(diǎn)火源的作用,只要氧濃度和燃析燃料種類、空氣預(yù)熱溫度、工作壓力、煙氣岀口溫料濃度合適,燃燒就會(huì)被激發(fā)。而PSR1中的300K度對(duì)轉(zhuǎn)捩回流比例、NO排放的影響。燃燒模型中,預(yù)設(shè)溫度起不到點(diǎn)火源的作用,且從PSR3流入的空氣分兩級(jí)進(jìn)入燃燒系統(tǒng),結(jié)合轉(zhuǎn)捩回流比例和回流煙氣中可燃物濃度太低,很難發(fā)生燃燒,導(dǎo)致NO、排放數(shù)據(jù),得到空氣最佳分配比例,為后續(xù)柔和PSR1中只摻混不反應(yīng);PSR2的預(yù)設(shè)溫度也為燃燒實(shí)驗(yàn)研究提供數(shù)據(jù)參考。300K,但由于有新鮮燃料進(jìn)入,即使沒有輔助點(diǎn)火表1燃料配比源,只要從PSR1流出的氧化劑溫度高于混合物自燃溫度也能燃燒。10MJ/m3合成氣38%48%14%模型中,空氣從PSR1和PR4分兩級(jí)進(jìn)入系氫氣統(tǒng),質(zhì)量流量分別記為mn和ma,FSR2的入口燃料5MJ/m3合成氣質(zhì)量流量記為m,定義主當(dāng)量比46%me/mal注:將10MJ/m3合成氣、氫氣、5MJ/m3合成氣、氫氣/氮?dú)夥謩e(2)(mr/mu)ste簡(jiǎn)稱為F1、F2、F3、F4式中:(m/mn)。是化學(xué)當(dāng)量的燃-空質(zhì)量流火焰面彌散是柔和燃燒的重要特點(diǎn)之一,在忽量比。中m實(shí)際上是圖1中PSR1、PSR2和FR3組略燃燒室內(nèi)軸向和徑向的較小溫度差距時(shí),可以假成的子系統(tǒng)的當(dāng)量比。如果空氣不分級(jí),即PSR4設(shè)燃燒室內(nèi)各點(diǎn)溫度相等。因此,可以用 Chemkin的入口空氣流量也從psR進(jìn)入系統(tǒng),此時(shí)PSR4.1.1中的全混流反應(yīng)器( Perfectly Stirred Reactor,PsR和PR3組成的子系統(tǒng)的當(dāng)量比為:ⅨR)模擬柔和燃燒過程。本文用到的模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。該模型由4個(gè)PSR組成,其中PSR3模擬柔和燃燒過程,PSR3產(chǎn)生的煙氣部分回流到顯然,Φ。>Φ',因此,空氣分級(jí)時(shí)回流煙氣PSRI和空氣摻混摻混后形成的氧化劑進(jìn)入FR2溫度T3大于不分級(jí)時(shí)回流煙氣溫度T”,這樣空氣和燃料混合然后進(jìn)入主燃燒區(qū)FR3燃燒。FR4分級(jí)時(shí)回流更少的煙氣就可以實(shí)現(xiàn)柔和燃燒。可利用二次空氣繼續(xù)氧化PSR3產(chǎn)生的煙氣,確保燃見,圖1柔和燃燒模型采用空氣分級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是有利料充分反應(yīng)。回流煙氣的作用主要有兩個(gè):預(yù)熱空于實(shí)現(xiàn)柔和燃燒。氣到一定溫度,降低空氣中氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)。模型計(jì)算條件中的煙氣回流比例用r表示,定義運(yùn)用以上模型,本文計(jì)算7個(gè)算例,各算例的工況參數(shù)設(shè)置如表2所示。算例1~4的結(jié)果比較4種不同燃料的柔和燃燒轉(zhuǎn)捩回流比例,算例1和5式中:m31是從PSR3流向PSR1的質(zhì)量流量,’的結(jié)果比較不同空氣預(yù)熱溫度下的柔和燃燒轉(zhuǎn)捩回m24是從R3流向PSR4的質(zhì)量流量。流比例與NO、排放,算例2、6和7的結(jié)果比較不同氣psR工作壓力下的柔和燃燒轉(zhuǎn)捩回流比例。中國(guó)煤化工度為1373K時(shí),圖1燃料」PSR2PSR4煙氣CNMHG量m=1.27g/s,在PSRI的入口空氣質(zhì)量流量ma與PSR4的入口空氣空氣質(zhì)量流量m2的和保持10g/s不變的情況下,mn從10g/s減小到4.9g/s,主當(dāng)量比Φnm相應(yīng)的從圖1柔和燃燒模型0.369增加到0.75。Φmm=0.369時(shí),煙氣溫度是燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)第27卷1373K,如果回流比例r太小,比如r=0,這時(shí)高,進(jìn)人PSR2足以讓燃料自燃,且產(chǎn)生一定溫升298K的空氣在ⅨSR中和298K的燃料摻混,由于時(shí)才可以認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了柔和燃燒。本研究正是借助溫度太低不會(huì)燃燒,只有進(jìn)入PSR3在有1600K輔FSR2中發(fā)生自燃、產(chǎn)生溫升這一特征建立柔和燃助點(diǎn)火源的情況下才發(fā)生燃燒反應(yīng),這種燃燒反燒的判別準(zhǔn)則:PSR2的出口溫度T2高于PSR1的應(yīng)只是傳統(tǒng)的預(yù)混燃燒反應(yīng),不是柔和燃燒。為出口溫度T1。使T2≥T1的最小煙氣回流比例稱了在ⅣR3中實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,得增加煙氣回流比例為轉(zhuǎn)捩回流比例,轉(zhuǎn)捩回流比例對(duì)應(yīng)的NO、排放當(dāng)r增加到一定程度,有充足的煙氣進(jìn)入PSR1稱為轉(zhuǎn)捩NO、。和空氣摻混,使得從PSR1流出的氧化劑溫度足夠表2各工況參數(shù)設(shè)置空氣人口溫度燃料入口溫度作壓力總空氣質(zhì)量流量燃料質(zhì)量流量出口溫度算例燃料/K10l3251.27-1.771373-16731232981013250.110~0.1511373~1673298l013252982.36-3.51373-16732981373-16730.110~0.1501373~16732982987092750.110~0.11373~16733反應(yīng)機(jī)制GRI-Mech3.0機(jī)制的最優(yōu)反應(yīng)條件是:溫度2結(jié)果和分析1000~2500K,壓力1332~101325Pa,當(dāng)量比2.1不同燃料的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件0.1-~5。結(jié)合表2,本文的計(jì)算條件在 GRI-Mech圖2(a),2(b),2(c),2(d)分別是燃料Fl3.0機(jī)制最優(yōu)反應(yīng)條件內(nèi)。另外,該機(jī)制是天然氣P2、F3、F4的轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO、排放隨主當(dāng)?shù)脑敿?xì)反應(yīng)機(jī)理,而合成氣組分H2,CO,N2,CO2的量比Φ。的變化關(guān)系曲線,燃料和空氣的入口溫氧化機(jī)理包含在該反應(yīng)機(jī)理內(nèi)。因此,合成氣柔和度、工作壓力、燃料和空氣質(zhì)量流量按照表2中的算燃燒用該機(jī)制是恰當(dāng)?shù)?。?、234設(shè)定,圖中r-1373K表示PR4的出口GRi-Mech3.0包含53種組分的325步基元反溫度T4=1373K時(shí)的轉(zhuǎn)捩回流比例曲線,NO、應(yīng),其中NO、的生成涉及熱力型機(jī)理、快速型機(jī)理1373K表示T4=1373K時(shí)的轉(zhuǎn)捩NO、排放曲線,和N2O中間體機(jī)理。熱力型機(jī)理包含以下其他符號(hào)的意思類推。反應(yīng)從圖2(a)可以看出,對(duì)于10MJM合成氣,T40+NNO+N1373K時(shí),當(dāng)Φ。從0.37增加到0.8時(shí),轉(zhuǎn)捩回N+oNO+o流比例從61%逐漸降低到31%?？梢?主當(dāng)量比增+OH—NO+H加時(shí),只需要回流較少的煙氣即可實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,這N2O-中間體機(jī)理包含反應(yīng)是因?yàn)?當(dāng)Φ。m從0.37增加到0.8時(shí),PSR3產(chǎn)生0+n2+MN,0+M的回流煙氣溫度從1380K增加到2128K,而回流H+N,ONO+NH0+n,oHH中國(guó)煤化工到3.5%,即回流煙氣CNMH顯著降低,如圖3所費(fèi)尼莫爾機(jī)理包含的主要反應(yīng)是12示。從而只需要回流較少量的煙氣,即可在PSR1CH+N,hcn +N出口形成柔和燃燒所需要的“高溫低氧”氧化劑C+n,cN+N氣氛。第1期合成氣柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件數(shù)值研究450r-1373Kr-147350e60r-1673KNO-1373K350NO-1473K回300r-1373+203據(jù)50NO1653求+250320015030N:163K4030500.30.4主當(dāng)量比主當(dāng)量比(a)OMJ/m合成氣b)氫氣回NO-1373K30“NO1673多0.300.7091.11.30.8主當(dāng)量比主當(dāng)量比(c)5MJm合成氣(d氫氣氮?dú)鈭D2四種燃料轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO,排放隨主當(dāng)量比的變化關(guān)系250014排放對(duì)基元反應(yīng)208:NNH+0=NH+NO的敏感系數(shù)為正數(shù)且最大,說明該基元反應(yīng)對(duì)NO排放有顯著促進(jìn)作用。Φm=0.6時(shí),NO排放對(duì)基元反明1500應(yīng)178:0+N2NO+N的敏感系數(shù)最大,而這個(gè)1000基元反應(yīng)正是熱力型NO、生成機(jī)理中的重要反應(yīng)500之一,說明此時(shí)熱力型機(jī)理對(duì)NO生成的作用開始占主導(dǎo)。從反應(yīng)器溫度的角度來(lái)看,Φmm=0.550.50.7時(shí),73=1750K,Φmm=0.6時(shí),73=1839K,可見當(dāng)主當(dāng)量比反應(yīng)器溫度超過1800K以后,熱力型NO的生成對(duì)圖3回流煙氣溫度和氧摩爾分?jǐn)?shù)隨主當(dāng)量比的變化關(guān)系NO排放逐漸起主導(dǎo)作用,這一結(jié)論和 Stephen R觀察圖2(a)中的4條虛線,可以看出:主當(dāng)量Tum2理論分析的結(jié)果一致。當(dāng)Φ。m=0.7時(shí),比增加時(shí),轉(zhuǎn)捩NO排放上升,且Φ=0.55-0.7基元反應(yīng)178對(duì)NO排放起絕對(duì)的主導(dǎo)作用,而NO范圍內(nèi),上升的很明顯。PSR3的反應(yīng)器停留時(shí)間最排放對(duì)其他基元反應(yīng)的敏感系數(shù)越來(lái)越小。此時(shí)的長(zhǎng),且反應(yīng)溫度最高,所以NO主要在這個(gè)反應(yīng)器中國(guó)煤化工度高于1800K后,隨中產(chǎn)生。為了解釋=0.5-07范圍內(nèi)NO著溫CNMH GO生成反應(yīng)對(duì)NO排排放明顯上升的原因,對(duì)T=1373K時(shí),PSR3中放的貢獻(xiàn)將越來(lái)越突出。NO排放進(jìn)行敏感性分析。敏感性分析中,得到綜合圖2(a)中的轉(zhuǎn)捩回流比例曲線和轉(zhuǎn)捩Φυ-=0.55,0.6,0.7三個(gè)主當(dāng)量比下NO排放對(duì)基NO、曲線,當(dāng)Φ。增加時(shí),轉(zhuǎn)捩回流比例減少,即更元反應(yīng)的敏感系數(shù),結(jié)果表明,Φ。=0.55時(shí),NO易于實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,但轉(zhuǎn)捩NO.會(huì)相應(yīng)的升高。因燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)第27卷此,Φ。不是越大越好,權(quán)衡轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩(預(yù)熱溫度)是節(jié)約能源的重要措施之一。選取空NO3,選取Φ。=0.6是比較合適的,此時(shí)的NO排氣預(yù)熱溫度T=623K,利用圖1模型,探索T放為24×10-3左右,煙氣回流比例為39%左右(權(quán)623K下10M/m合成氣燃料柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件衡轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO3,選取合適Φ的依據(jù)燃料、空氣的質(zhì)量流量按照表2中算例5輸入,得到是控制NO排放在2.5×10以內(nèi))的結(jié)果和Tm=298K的比較,分析空氣預(yù)熱溫度對(duì)從趨勢(shì)上看,圖2(a)和2(b)中的曲線相似,同柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件的影響。樣的思路分析圖2(b)中的曲線。權(quán)衡轉(zhuǎn)捩回流比圖5和圖6分別比較了兩種空氣預(yù)熱溫度下的例和轉(zhuǎn)捩NO,選取Φ。=0.6較恰當(dāng),此時(shí)的NO、轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO排放。由圖5可以看出排放為1.6×10-3左右,煙氣回流比例為42%左右。Φm相同時(shí),Tm=623K下的轉(zhuǎn)捩回流比例較T對(duì)比圖2(a)和2(c)中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),T和④298K小;而圖6中,中m相同時(shí),Tm=623K下的轉(zhuǎn)相同時(shí),5M/m合成氣的轉(zhuǎn)捩回流比例高于10捩NO.排放較Tm=298K大。它們都是因?yàn)橄嗤琈J/m3合成氣,而5MJ/m3合成氣的轉(zhuǎn)捩NO,低于主當(dāng)量比下增加空氣預(yù)熱溫度以后,回流煙氣的溫10MJ/m2合成氣。這可能和回流煙氣的溫度有關(guān),度升高?？梢?增加空氣預(yù)熱溫度有利于實(shí)現(xiàn)柔和圖4給出了T=1373K時(shí),兩種合成氣的T3隨主燃燒。當(dāng)量比的變化關(guān)系。從圖中可以看出,Φm相同時(shí),10MJ/m3合成氣的回流煙氣溫度高于5MJ/m3605298K,1373K98K,1473K298K,573K合成氣,因此回流更少的煙氣就可以讓PSR1流出-298K,1673K623K,1373K的氧化劑和燃料在PSR2中摻混后的混合物的溫度-623K,1473K--623K,1573K高于其自燃溫度,實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,導(dǎo)致前者的轉(zhuǎn)捩回△-623K,1673K流比例較小。另外,整個(gè)反應(yīng)器模型中PSR3的溫度最高,NO、也主要在R3中產(chǎn)生,因此PR3的工作溫度決定了NO、排放,10MJ/m合成氣的T3050較5MJ/m3合成氣高,導(dǎo)致前者的轉(zhuǎn)捩NO、高于后者。主當(dāng)量比2200I0MJ/m圖5兩種空氣預(yù)熱溫度下轉(zhuǎn)捩回流比例2000-298K,1373K型1600-298K,1473K298K,1573K140298K1673K623K,1373K1200-623k.1473K-623K,1573K主當(dāng)量比圖4兩種合成氣T3隨主當(dāng)量比的變化綜合圖2(c)中的轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO曲主當(dāng)量比線,權(quán)衡轉(zhuǎn)捩回流比例和轉(zhuǎn)捩NO3后,選取Φnn=而執(zhí)沮下的轉(zhuǎn)捩NO排放0.75比較合適。圖2(d)給出了氫氣/氮?dú)獾霓D(zhuǎn)捩中國(guó)煤化工5和圖6中的轉(zhuǎn)捩回回流比例和轉(zhuǎn)換NO隨主當(dāng)量比的變化關(guān)系,分析流比,NMHG思路和圖2(c)類似,不再贅述。權(quán)衡轉(zhuǎn)捩回流比例比例又不會(huì)使得轉(zhuǎn)捩NO.排放過高的情況下,選取和轉(zhuǎn)捩NO3后,選取Φm=0.85較合適。Φ=0.52.2不同空氣入口溫度的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件2.3不同工作壓力的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際工作條件中,提高空氣入口溫度高壓是燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際工作條件之一,本部分研第1期合成氣柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件數(shù)值研究究F2燃料在兩種工作壓力P=405300Pa和P=降低。709275Pa下的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件。溫度和壓力按(2)主當(dāng)量比增加后,轉(zhuǎn)捩回流比例降低,更易照表2中算例6和算例7中的數(shù)據(jù)輸入,10g/s空于實(shí)現(xiàn)柔和燃燒,但是轉(zhuǎn)捩NO、排放相應(yīng)的升高氣都從圖1中的ⅨR1進(jìn)入模型,即空氣不分級(jí)。因此主當(dāng)量比不是越大越好。權(quán)衡轉(zhuǎn)捩回流比例和PSR2中的燃料流量按照表2中的數(shù)據(jù)供給,分別得轉(zhuǎn)捩NO排放,10MJ/m3合成氣、氫氣MJ/m3合到四種煙氣出口溫度。即當(dāng)m=0.110g/s,m1成氣、氫氣/氮?dú)?種燃料的主當(dāng)量比應(yīng)該分別設(shè)為10g/s時(shí),T4=1373K;m=0.123g/s,mn=10g/s0.60.6、0.75、0.85時(shí),T4=1473K;m=0.136g/s,ma1=10g/s時(shí),T4(3)對(duì)于氫氣燃料,相同煙氣出口溫度時(shí),增加=1573K;m=0.150g/s,ma=10g/s時(shí),T=工作壓力,轉(zhuǎn)捩回流比例會(huì)升高,轉(zhuǎn)捩NO3排放降1673K。在以上條件下,得到不同煙氣岀口溫度下低,這可能和回流煙氣的氧摩爾分?jǐn)?shù)降低有關(guān)。的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件,并和常壓(P=101325Pa)下以上研究結(jié)果是基于IGCC背景下合成氣燃?xì)獾慕Y(jié)果比較,結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看岀,相輪機(jī)燃燒室柔和燃燒數(shù)值計(jì)算得到。研究用到的燃同煙氣岀口溫度下,工作壓力從101325Pa增加到料是IGCC燃?xì)廨啓C(jī)中常用的幾種燃料,空氣預(yù)熱π09275Pa后,轉(zhuǎn)捩回流比例略有上升,而轉(zhuǎn)捩NO、溫度、工作壓力煙氣出口溫度也是基于IGCC燃?xì)馀欧畔陆?。為了解釋其原?比較了相同T4、不同輪機(jī)燃燒室的實(shí)際工作條件選取的,因此,本文的計(jì)壓力(P=101325Pa和P=π09275Pa)下的回流煙算結(jié)果將為后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。氣氧摩爾分?jǐn)?shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),壓力升高后,煙氣的氧摩爾分?jǐn)?shù)下降。而柔和燃燒的重要特征是混合物在溫參考文獻(xiàn)度高于自燃溫度、氧濃度合適時(shí)發(fā)生自燃,氧摩爾分「1焦樹建.論GCC電站氣化爐型的選擇[J,燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)數(shù)的降低顯然不利于自燃,因此需要回流更多的煙氣。所以,圖7中壓力升高轉(zhuǎn)捩回流比例升高,可能[2]郭樹才.煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1992:143和煙氣氧摩爾分?jǐn)?shù)的降低有關(guān)[3 Parkinson G. Gettingr coal gasification. Turbomachinary[4 Cavaliere A, Joannon M D. Mild combustion[ J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2004, 30: 329圣501--405305] Dally BB, Karpentis A N, Barlow R S. Strueture of turbulent nonpremixed jet flames in a diluted hot coflow[J]. Proceedings of theNO101325PaNO-405300Pa[6 Mardani A, Tabejamaat S. Effect of hydrogen on hydrogen-meth20NO-709275Pene turbulent non-premixed flame under MILD condition[J]. In1400[7] Sabia P, Joannon M D, Fierro S, et al. Hydrogen-enriched meth煙氣出口溫度壓ane Mild Combustion in a well stirred reactor[J]. Experimental圖7三種工作壓力下的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件比較Thermal and Fluid Science, 2007 31: 469-475[8 Yu Y, Wang G F, Lin QZ, et al. Flameless combustion for hy3結(jié)論[J]. International Journal of Hy本文建立空氣分級(jí)、帶煙氣回流的柔和燃燒模91DB-me,rprN. Effect of fuel mixture on m-型,研究4種燃料(10MJ/m3合成氣、氫氣、5MJ/m合成氣、氫氣/氮?dú)?、2種空氣預(yù)熱溫度(298K、623中國(guó)煤化工K)、3種工作壓力(101325Pa、405300P[10]CNMHG Operational characteristics of709275Pa)下的柔和燃燒實(shí)現(xiàn)條件,得到以下結(jié)論aparalleljetMildcombustionburnersystem[j].combustion(1)對(duì)于4種燃料,主當(dāng)量比增加時(shí),回流煙氣nd Flame,2009,156:429-438的溫度升高,氧摩爾分?jǐn)?shù)降低,有利于為柔和燃燒創(chuàng)(下轉(zhuǎn)第37頁(yè))造“高溫低氧”的氧化劑氣氛,導(dǎo)致轉(zhuǎn)捩回流比例第1期基于 Matlab/ Simulink的微型燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)仿真研究37機(jī)動(dòng)態(tài)仿真研究[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù),2003,16(1):53Chengdu,sept.27-30,2011,779-788[7 J H. Kim, T.S. Kim, S T Ro. Analysis of the Dynamic Behav[9 Alberto Traverso, Aristide F. Massaro, Riccardo Sarpellini. Ex-ur of Regenerative Gas Turbine[ J]. Journal of Power and Enerternally Fired Micro-Gas Turbine: Modelling and Experimental Pe2001,215(3):339-346formance[ J]. Applied Thermal Engineering, 2006, 26( 16)[8 A Alimardani, H. Keshtkar, Babak Abdi, Optimization of Fuel935-1941ombustion in Micro-turbines[ C]. The Proceedings of Interna10]歐陽(yáng)艷艷,張士杰,趙麗鳳,微型燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)模擬與分析ional Conference on Smart Grid and Clean Energy Technologie[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2012,33(3):361-365Dynamic Simulation Study based on Micro-Turbine Using Matlab/SimulinkYAN Zhi -yuan, XIANG Wen-guo, ZHANG Shi-jie, XIAO Yun-han(1. Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control, Ministry of EducationSchool of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China2. Key Laboratory of Advanced Energy and Power (IET), CAS, Beijing 100190, ChinaAbstract: Based on the platform of Matlab /Simulink, the model of each component was built, including compressor, combustionchamber, turbine and shaft model. And the dynamic model of micro turbine with the speed control system was developed. And then thedynamic responses to the stepwise load and load rejection were studiedTheto the load change process, and can be used as the model for the control system design and analysis. The speed control system meetsthe requirement of quick response and stability. The impact of combustion chamber gas heat inertia on dynamic performance was investigated. The result reveals that the impact can be ignored for the type of micro turbineKey words: micro-turbine; dynamic model dynamic response; heat inertia(上接第21頁(yè))[12] Stephen R. Turns.燃燒學(xué)導(dǎo)論:概念與應(yīng)用:第二版[M].姚[1]GRI-MECH.[EB/OL].(2002-10-31)[20130328]ht強(qiáng),譯,北京:清華大學(xué)出版社,2009:137139Numerical Study on Realization Condition of Syngas MILD CombustionHUANG Ming-ming", SHAO Wei-wei", ZHANG Zhe-dianXIONG Yan LIU Yan, XIAO Yunhan(1. Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;3. Research Center for Clean Energy and Power, Chinese Academy of Sciences, Jiangsu Lianyungang 222069, ChinaAbstract: Combustion model with air staging and gas recirculation was established through CHEMKIN package and MILD combustionas recirculation ratio were determined for four fuels, two air preheated temperatures and three pressures. As main equivalence ratio increases, the temperature of the recirculatflue gas decreases, beneficial for the establishment of hot low oxygen oxidize中國(guó)煤化工 mole fraction of the hotLcritical gas recirculation ratio. For hydrogen fuel, pressure increment would elevate the critical equivaCNMHGNO emissions at the sameKey words: MILD combustion; syngas; sensitivity analysis; NO emissions