燃烧方式（共4篇）
燃烧方式 篇1
金属钠在空气中燃烧的实验，是中学化学教学中的一个重要实验。金属钠在空气中燃烧的实验方式主要有3种。如图1所示：
这3种实验方式各有利弊，比较如下：
1. 实验方式甲：
将金属钠放在石棉网上用酒精灯加热点燃。优点：适宜在教室中进行演示实验，黄色火焰看得很清楚。缺点：加热时间长，反应后生成的淡黄色过氧化钠固体看不清楚。
看不到过氧化钠淡黄色固体可能的原因：钠燃烧时，由于石棉网的平面积大，使产物铺在石棉网上，而在受热条件下，空气流动性强，增加了过氧化钠与空气接触面积，使生成的过氧化钠易与空气中的水蒸气、二氧化碳反应生成氢氧化钠和碳酸钠等，也会有部分产物在高温下与石棉绒发生反应。因而冷却后留在石棉网上的过氧化钠较少，从而不易观察到淡黄色固体。
2. 实验方式乙：
将金属钠放在瓷坩埚中用酒精灯加热点燃。优点：点燃时不会产生危险，反应后能在坩埚底部清楚地看到生成的淡黄色固体，该方式适宜学生在实验室中进行分组实验。缺点：加热时间长，学生从坩埚口往坩埚内部看，才能看到钠燃烧的火焰。用坩埚进行钠燃烧实验后，坩埚底会被部分融蚀，使该坩埚不能再用于其他实验，实验成本大。
3. 实验方式丙：
将金属钠放在玻璃管（或破试管）中用酒精灯加热点燃。优点：钠使用量少，加热时间短，可透过玻璃管看到钠燃烧的火焰和反应后生成的过氧化钠淡黄色固体。既适宜教师进行演示实验，同时也适宜在课堂上进行学生分组实验。装置简单，易操作，可用破试管代替玻璃管，实验成本低，实验效果明显。缺点：加热时玻璃管可能会破裂，也可能从破裂的加热处断开。
实验注意：（1）玻璃管倾斜角度不可大，防止钠熔化后滑落出来。（2）当钠在玻璃管中开始燃烧后，应将玻璃管从火焰上移开，并在水平方向来回稍微晃动玻璃管，这样产生的火焰更长，更明显。（3）一支玻璃管只能做一次试验。
进行金属钠在空气中燃烧实验时，推荐丙实验方式。
燃烧方式 篇2
1 锅炉炉膛设计
锅炉炉膛是煤炭发生热反应的装置, 只有保证炉膛的合理设计和正常运行, 才能使煤炭充分燃烧, 实现对煤炭资源的合理利用, 所以在设计炉膛的时候, 要以保证煤炭的充分燃烧为基础, 在炉膛内创造良好的燃烧环境;煤炭的燃烧过程会产生大量的尘粉, 尘粉会附着在炉膛表面, 长时间下去会在炉膛的受热面结成厚渣, 造成炉膛受热不从分、受热不均匀, 所以在设计炉膛的时候, 应该避免炉膛受热面出现结渣现象;污染气体的产生是不可避免的, 要制定合理的优化措施, 减少污染气体的生成和排放, 保护大气环境;蒸发受热面是炉膛设计中必须考虑的问题, 在蒸发受热面大小的布置上, 要保证其面积做够大, 才能避免出现传热恶化现象。
2 影响锅炉热效率的因素
影响锅炉热效率的因素有很多种, 其中最主要的就是氧气浓度, 当炉膛内通风量比较小时, 无法为煤炭的燃烧提供足够的氧气, 煤炭燃烧不充分, 会产生更多的尘粉和污染气体, 锅炉热效率比较低;风箱通过通风作用, 向炉膛内输送空气, 炉膛与风箱之间的压差与通风量有直接关系, 进而会影响到锅炉热效率;煤炭的纯度和煤块的大小, 也会影响到锅炉热效率, 当煤炭中含有较多杂质, 纯度比较低的时候, 会严重影响到煤炭的充分燃烧, 并且在锅炉底部会存在较多的杂质, 影响锅炉的正常受热, 煤块较大的时候受热面积比较小, 不能充分接触到氧气, 锅炉热效率比较低;炉膛内的燃烧器是为了调节再热气温和过热气温的, 在摆动过程中, 炉膛火焰中心高度会发生变化, 随着火焰高度的不断变化, 与火焰发生接触的可燃尘粉会变得越来越多, 增加了尘粉的排放量, 使得锅炉效率降低[2]。
3 氧气二氧化碳燃烧锅炉炉膛热力分析
炉膛热力计算的方法主要有两种, 一种是将炉膛的受热面包含在内进行整体计算, 一种是将炉膛分成两部分进行计算。在利用整体计算方法的时候, 需要先确定受热面在炉墙面积中所占的比重, 才能够得出受热面的吸热量, 对炉膛热力进行计算;另外一种方法从炉膛的过热器处将炉膛分为上、下两部分, 在计算的时候, 将上、下炉膛分来计算, 这是目前炉膛热力计算中比较常用的一种方法。
氧气二氧化碳燃烧是富氧燃烧技术, 是在传统的锅炉燃烧基础上发展而来的, 用纯氧代替空气, 使锅炉内的反应更加充分, 这种燃烧技术生成的二氧化碳浓度比较高, 通过对其进行液化处理, 能够有效回收利用锅炉燃烧所产生的二氧化碳, 减少了二氧化碳的排放量。富氧燃烧过程中, 炉膛内氧气浓度远远高于空气中的浓度, 燃烧所产生的烟气需要进行循环利用, 在这个过程中, 烟气的变化会影响到炉膛的热力情况, 所以在进行热力分析的时候, 要充分考虑到循环烟气的变化[3]。
首先需要对煤炭燃料进行全面的分析, 了解煤炭的组合成分和不同成分所占的比例, 确定其燃烧特性, 对煤炭的纯度进行检测, 确定煤炭的纯度, 不同组成成分和不同浓度的煤炭燃料燃烧情况是不一样的, 热力情况也就不用。计算循环系统中的总烟气量的多少, 烟气在经过不同次数的循环之后, 其变化情况是不一样的, 系统中剩余的烟气量在总烟气中所占的比例也是不同的, 在计算烟气量的时候, 需要根据具体循环次数才确定。循环烟气中包含各种燃烧产物, 燃烧产物在烟气中所占比重的不同, 对热力情况的影响也是不同的, 烟气中的主要组成成分包括氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气以及尘粉等, 因为尘粉体积较小, 在循环前后不会发生太大的变化, 这就使得烟气中的气体体积的大小与理论值不同, 在烟气对循环前后各种气体体积进行计算的时候, 要将尘粉的影响考虑在内。锅炉受热面的传热性能与对炉膛的热力情况有着直接的关系, 在研究受热面的传热性能的时候, 需要对锅炉燃烧气和烟气的焓值进行准确的计算, 才能够更好的对炉膛热力进行分析。燃料中含有少量的水份, 燃烧过程中, 这些水份在高温的影响下会发生气化现象, 与燃料中氢气燃烧所形成的水蒸气混合在一起, 这些气化潜热是无法被利用的, 在进行锅炉炉膛热力分析的时候, 需要将这种情况考虑在内。在确定炉膛理论燃烧温度的时候, 是以炉内的有效热量为标准进行计算的, 有效热量是燃料在进行充分的燃烧后所生成的总热量, 将燃料的不完全反应和灰尘的热损失忽略不计, 炉膛内的有效热量包括两部分, 燃料燃烧产生热量, 可以在炉膛内加以利用的部分属于有效热量, 燃料燃烧所需要的空气也会将部分热量带进炉膛内部, 这两种热量的总和就是炉膛内的有效热量, 通过计算着两个部分热量的具体数值, 可以确定炉膛的理论燃烧温度。
炉膛出口烟温也是热力分析中的一部分, 可以对热力计算进行校正、核对, 在进行炉膛出口烟温计算的时候, 采用的是逐次逼近的方法, 先对出口烟温进行假设, 然后将数值带入到相应的公式里, 逐步计算, 当计算的结果与预定值相近的时候, 便可以确定炉膛的出口烟温。锅炉的受热面也会对炉膛的热力情况造成影响, 在计算锅炉受热面的时候, 需要先确定面积的大小, 将受热面的结渣情况也考虑在内, 明确烟气中不同气体成分的导热系数, 确定烟气密度和烟气的运动粘度。
4 结束语
氧气二氧化碳燃烧方式比常规的燃烧方式相比, 具有良好的环保性能, 可以大大降低二氧化碳的排放, 对保护大气环境、缓解温室效应具有重要意义, 但是这种燃烧方式过程比较复杂, 需要做好锅炉炉膛的热力分析, 确保锅炉的正常工作, 最大化的发挥这种燃烧方式的价值和作用。
参考文献
[1]夏璐.富氧燃煤锅炉热力计算与燃烧气组分优化研究[D].上海交通大学, 2013.
[2]李灿志.O2/CO2循环燃烧方式下锅炉热力计算的研究[D].华中科技大学, 2012.
燃烧方式 篇3
1 循环流化床锅炉燃烧原理
循环流化锅炉的原料来源广泛, 但是大多数电厂都采用煤炭作为燃料。对于循环流化床锅炉的燃烧装置, 投入燃料在布风装置的上部一定高度上, 通过三个给煤装置加入到床内。空气由风道送入炉底的风室, 再经过布风板上的风帽向上吹到床内。当锅炉内床料高度达到一定时, 空气通过床料之间的空隙向上流动, 由于刚开始风速较小, 此时固体颗粒之间无法做相对运动, 伴随着风量的逐渐增加, 床压也随着风速的增加而逐渐增大, 这就是通常所说的固定床。如果通过固定床的气体流量增加, 相应的气体压降就会连续地上升, 直到悬浮气速达到一个临界值, 也就是最小流化速度。此时作用在物料颗粒上的重力与气流的拽力达到相互平衡的状态, 颗粒处于一种类似悬浮状态, 而颗粒转变为类似于流体的一种运行状态, 这种状态具体表现为:a.静压值的平衡状态, 即在任何一个高度的静压近似都等于在此高度上单位床截面积内固体颗粒的重量。b.在此状态下粗颗粒由于密度高于床层表面密度, 所以会在床内会产生沉积, 而相对密度较小的颗粒则会浮在床面上。c.在高温以及风速的影响下, 床内固体颗粒通常以液体的状态从底部的放渣管中排出。d.在运行中无论床层如何倾斜, 床的表面积总是保持水平, 床层的形状也保持容器的形状。e.在此状态下床内颗粒混合状态良好, 当加热床层时整个床层的温度基本均匀。
随着温度的上升, 风速流动的相对运动速度大幅增加时, 由物料组成的床层高度就会急剧的膨胀, 颗粒在气体的作用下上下翻腾, 类似于液体在沸腾时状态一样, 但此时床层具有一个明显的界面, 通常所说的密相区与稀相区的分界面, 这就是通常定义的鼓泡沸腾炉。
2 影响循环流化床锅炉燃烧稳定性的因素及调整方式
经过大量的实践表明以及理论证明, 影响循环流化床锅炉燃烧稳定性的几个因素, 主要是床层温度、流化风量、料层差压、燃煤种类的变化以及负荷的变化。接下来就分别分析这几个因素运行调整方式。
2.1 床层温度的调整。
循环流化床锅炉的燃烧在稀相区和密相区各自不同的流体动力特性下表现的也是不相同的。在稀相区的特殊流体动力特性下, 固体物料被速度大于单颗粒物料的终端速度的气流所流化, 物料以颗粒团的形式做上下运动, 颗粒团不断地在以下形态转换:“形成-解体-重新形成”, 由此产生高度返混, 并伴有贴壁下降流, 并不象在气力输送系统中立即被气流夹带, 对炉内的燃烧和传热有重要的影响。而在密相区, 高速运动的烟气与流化的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触, 进行流态化燃烧反应过程。由于燃烧反应控制在动力燃烧区内, 燃烧速率主要取决于化学反应速率, 也就是决定于温度水平, 因此床层温度的高低就是燃烧能否持续稳定进行的关键。
2.2 流化风量的调整。
流化风量的调整可以有效的控制床层的温度, 一般循环流化床内沿高度方向被划分为密相床层和稀相空间, 床内的床料绝大部分是惰性的灼热灰渣, 其中可燃物含量只是占了很小的一部分。密相床层煤粒燃烧释放出热量, 而流化风的加热吸收热量, 床层与水冷壁的传热散发热量, 从而使床层保持一定的温度水平。在稳定工况下燃烧区的床层密度是改变床层对壁面传热系数的直接因素, 因此在锅炉燃料量和锅炉蒸发量基本平衡的前提下, 调整流化风量是保证过路燃烧稳定性的有效手段。
2.3 料层差压调整方式。
料层压差这一参数体现一段高度区域的差压变化, 具体表现特征就是是物料静止状态下的堆积厚度, 在运行状态中代表的是该段区域空隙率或床料的密度变化, 如果床层差压过低, 那么床料密度就会下降, 运行表现为床层温度不易控制, 锅炉出力不足, 有时可能无法点燃新进入的燃料导致锅炉灭火。与此相对, 床层差压升高, 则床料密度就会上升, 这样虽然提高了对流传热能力, 但是却无谓增加一次风机出力, 结果造成浪费, 而且可调范围过窄, 运行表现为风机压头提升。流化风量控制困难。从风机的运行曲线可知, 系统阻力的上升会导致风机风量的下降, 所以料层差压过高将造成一次风机不能在合理的稳定区间工作, 风量急剧下降, 流化风量丧失, 不但床温无法控制, 而且床面不能流化, 只能被迫停炉。料层差压的调整方式同样是影响循环流化床锅炉稳定运行的一个重要因素。
2.4 煤种变化。
对于循环流化锅炉的燃料的使用, 绝大部门电厂都是采用煤炭作为燃料, 也有一些生物电厂采用生物燃料, 生物燃料作为一种新能源在环保可持续发展中有重要意义, 在这里我们暂且不做探讨, 我们先从最广泛使用的燃料-煤, 做分析讨论。
循环流化床锅炉与其他种类锅炉相比, 其最突出的优点是对煤种的适应性强, 但这并不是说循环床锅炉能燃用任何煤种, 而是要根据需要采用不同的种类, 针对不同的种类又有着不同的操作规范。当煤种变化后, 要依然保证还能建立正常的物料平衡和热平衡, 即煤质特性、循环物料的浓度和粒度分布、烟气流速、旋风分离器的分离效率、床温床压等都还在匹配的范围内, 锅炉各项蒸汽参数能通过现有的调节手段来调节, 并保证锅炉各个受热面不超温、不结渣, 同时锅炉所有辅助设备如:煤的破碎和输送、锅炉所有风机的容量、锅炉除灰出渣设备等都能安全稳定运行, 才能说该锅炉对变动的煤种是适应的。
2.5 负荷的变化。
由于供需关系对电网产生的影响, 电厂的负荷调整较频繁, 通过给煤量调整来适应负荷变化有一定的滞后性, 对于大型流化床来说短期内反应很慢, 为了适应电网要求, 满足负荷调整速度要求, 在燃烧调整上我们基本上是通过调整风量为主, 合理利用风煤配合调节来保证负荷和蒸汽温度和力压的稳定。根据不同的负荷保持不同的风室床压, 负荷高时保持较高的床压, 负荷低时保持较低的床压。通过改变给煤量、送风量和循环物料量来实现的负荷调节称为循环流化床锅炉的变负荷调节。这种调节可以保证在变负荷过程中, 维持床温基本稳定。在负荷上升时, 投煤量和风量都要相应增加, 如总的过量空气系数及一、二次风比不变, 则预期密相区和炉膛出口温度将稍有变化, 但变化量最大的是各段烟速及床层内颗粒浓度。在保证流化的前提下, 做好节能降耗工作, 同时大大加快了升降负荷的调整速度。
综上所述, 床层温度、流化风量、料层差压、煤种变化以及负荷的变化等参数是决定循环流化床锅炉燃烧稳定性的主要因素, 它们之间又互相影响、互相制约, 只有综合的分析, 利用上述运行调整方法才能取得积极地效果。
3 结论
对于循环流化床锅炉的稳定性影响因素主要是床层温度、流化风量、料层差压、燃煤种类的变化以及负荷的变化。这几个因素都不是单独起作用, 而是互相制约, 互相影响的, 需要我们在工作中综合的分析、运用以上的调整方式使循环流化床锅炉发挥最大的效能, 保证电厂输入更大的电力, 为社会主义现代化建设服务。
参考文献
[1]杨征.循环流化床锅炉的磨损与对策[J].中国特种设备安全, 2007, 1.
[2]赵明全.燃无烟煤低倍率循环流化床锅炉[J].工业锅炉, 2000, 4.
燃烧方式 篇4
关键词：动力性能,过量空气系数,点火提前角,NOx,THC
随着能源危机日益加剧和排放法规日趋严格, 寻找清洁代用燃料成为内燃机研究的重要课题。在众多清洁代用燃料中, 天然气因其储量大, 具有良好的排放性和经济性成为最具有潜力的发动机代用燃料[1,2]。并且在今后相当长的时间内, 汽车发动机燃用气体燃料如天然气将是最为现实且技术相当成熟的方案之一[3]。从目前看来, 国内大部分天然气汽车是由原来的汽油车或柴油车改装的天然气-汽油双燃料或天然气-柴油双燃料汽车[4]。截至2014年底, 我国天然气汽车保有量已达到459.5万辆, 居世界第一。因此, 对双燃料汽车的发动机研究仍具有重要的现实意义和应用价值。
在不改变发动机结构参数的情况下, 通过优化发动机的各项运转参数, 为发动机不同工况下提供最佳燃空比和点火提前角, 可以使发动机具有更好的经济性、动力性和排放性。
本文基于电控多点喷射发动机对HC和NOx进行了研究, 分析了不同燃烧方式对发动机排放性能的影响, 其目的在于为天然气/汽油双燃料发动机满足国V排放法规提供依据。
1 试验设备及方案
1.1 试验设备
试验发动机型号为DFMA15, 在保留原汽油机所有装置和功能的基础上增加了一套燃气供给装置, 油、气控制和转换装置。DFMA15发动机的主要性能参数如表1所示, 试验中用到的主要设备如表2所列。
1.2 试验方案
试验选择1 500r/min和2 000r/min两种转速, 首先通过改变节气门开度和测功机扭矩的大小控制发动机转速, 并对比发动机分别以汽油和天然气为燃料时的动力性能。其次控制节气门开度分别为50%和75%, 保持点火提前角不变, 通过调整天然气的喷射买宽的大小得到不同的过量空气系数λ, λ的变化范围为1.0~1.5, 步长为0.1。保持过量空气系数不变, 改变点火提前角θ, 在10°CA~40°CA范围内变化。观察各工况下THC、NOx和排气温度Tr的变化并记录数据。待每个工况点稳定后测量45s, 前15s为仪器准备阶段, 仪器对后30s判存最大值、最小值, 并计算平均值。
2 试验结果及分析
2.1 燃用汽油和天然气发动机动力性能对比
图1给出了DFMA15发动机使用单一汽油和天然气两种燃料, 在不同节气门开度下的动力性能对比曲线。从图1可以看出, 在同一节气门开度下, 燃用天然气时发动机的转矩有所下降, 但随着节气门开度的增加, 动力下降率越来越小, 从28%下降到12.5%, 在节气门开度为55%时动力下降率最小。这是由于天然气是气体燃料, 在进气道与空气混合后, 在可燃混合气中的体积分数大于汽油的体积分数, 使充气效率降低;随着节气门开度的增加, 空气的节流损失越来越小, 进入进气道的空气越来越多, 天然气的体积分数变小, 使充气效率增加;天然气的着火温度比汽油高, 并且燃烧火焰传播速度比汽油慢, 在同一空燃比的条件下, 天然气混合气的火焰传播速度比汽油混合气的传播速度低12%左右。
2.2 过量空气系数对NOx和THC的影响
图2是NOx排放量随λ增加而变化的曲线。由图2可以看出, 随着λ的增大, NOx呈现先增大后减小的趋势。在λ=1.1时, NOx达到最大值;当λ在1.2以后, NOx以斜率接近-1的直线下降;当λ达到1.55时, NOx排放值接近于0。NOx呈现这种变化规律的原因是:当λ=1.0时, 缸内混合气较浓, 火焰传播速度快, 使混合气在很短的时间内完成燃烧, 放热率大, 缸内已燃气体的温度达到最高值, 但此时混合气中的氧含量较低且燃烧时间较短, 抑制了NOx的生成;当在1.05~1.1之间变化时, 缸内混合气浓度和火焰传播速度快有所降低, 主燃期变长, 温度也有所下降, 但氧含量增加引起的NOx增加的效果远大于由于温度降低引起的NOx下降的效果, 当λ达到1.1时, NOx的排放量达到峰值;随着λ的继续增大, 缸内混合气的浓度越来越希, 火焰传播速度越来越慢, 滞燃期和主燃期逐渐变长, 在燃烧期内做功和传热损失增加, 缸内温度和压力越来越低, 此时由于温度下降引起的NOx下降的效果远大于氧含量增加引起的NOx增加的效果, 从而NOx的生成量越来越低;当λ在1.4以后, 混合气越来越接近着火稀限, 出现失火现象, 此时缸内温度很低, NOx的生成量很少。
图3是THC排放量随λ增加而变化的曲线。从图3可以看出, 与NOx的变化趋势相反, THC随λ的增大呈现的趋势是先减小后增大。原因是当λ较小时, 混合气过浓, 此时氧不足, 燃烧不完全, 导致产生大量的HC。当λ较大时, 可燃混合气较稀, 缸内燃烧温度较低, 不利于HC的氧化。另外, 缸内混合气越稀越接近失火极限, 造成缸内火焰的不完全传播, 致使在火焰无法到达的位置产生了大量未燃HC。
2.3 点火提前角对NOx和THC的影响
图4是NOx排放量随θ增加而变化的曲线。随着θ的增加, NOx排放量呈现增大趋势, 而且低转速时NOx排放量明显高于高转速时NOx排放量。原因是, 在一定范围内, 随着点火提前角的增大, 混合气燃烧的时间更长, 且更多的燃料在上止点前燃烧, 使得缸内最高燃烧压力升高, 同时也导致最高燃烧温度升高, 使得NOx的排放增加。θ一定时, 随着转速的升高, 最高燃烧温度有所降低, 从而使得NOx排放量减少。
图5是THC随θ增加而变化的曲线。由图5可以看出, 随点火提前角的增大, TTHHCC呈现减小的趋势, 并且大于2255时, 点火提前角对TTHHCC的排放量影响较小。主要原因是, 当点火提前角较大时, 着火发生在上止点前相对较早时刻, 而且主燃期也短, 使缸内产生了较高的燃烧压力和温度, 有利于THC的氧化, 从而使THC减小。
3 结论
(1) 在同一节气门开度下, 发动机用天然气作燃料时, 其动力性能比汽油作为燃料时有明显下降, 并随着节气门开度的增加, 其动力下降指数越来越小, 最终为10%~15%。
(2) 混合气过浓或者过稀都会对NOx和THC的排放产生明显影响。NOx排放量随着过量空气系数的增加, 呈现先增大后减小的趋势, 当过量空气系数为1.1时达到最大值;THC随着过量空气系数的增大呈现先减小后增大的趋势, 在1.2左右达到最小值。
(3) 随着点火提前角的增大, NOx呈现升高趋势, 而THC呈现降低趋势。但随着点火提前角的继续增大, 对THC的排放量影响较小。
参考文献
[1]Liu Y, Yeom J, Chung S.A study of spray development and combustion propagation processes of spark-ig-nited direct injection (SIDI) compressed natural gas (CNG) [J].Mathematical and Compiter Modelling, 2013 (1-2) :228-224.
[2]胡春明, 侯圣智, 赵文锋, 等.低压缸内直喷CNG发动机燃烧特性的影响因素[J].燃烧科学与技术, 2010 (5) :446-451.
[3]蒋德明, 黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学[M].1版.西安:西安交通大学出版社, 2007.