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行业新闻

生物质燃烧机结构参数优化实验研究

生物质燃烧机结构参数优化实验研究

  摘要  针对一种圆柱多孔壁面组织渗透燃烧微尺度,本文在甲烷/空气不同燃料当量比和混合气流量下,对比实验了关键参数燃烧室内径(d)和燃烧室高度(¨变化对性能的影响。结果表明随燃烧室内径减小,吹熄极限速度显著下降,烟气平均温度升高,同时壁面温度下降;燃烧室高度减小,可燃烧极限当量比和淬熄极限速度均增大;在高径比h/d接近1时,烟气平均温度最高,壁面最高温度不变,大流量下壁面温度降低更快。因此,当缩小壁面渗透微时,为防止燃烧效率降低和热损失增加,应优先缩小内径并保持高径比接近l.Oa

0前言

    近20年来,基于炭氢燃料燃烧的微动力/发电系统因其高的能量密度特点倍受关注[1],但由于微尺度效应,微开发面临火焰不稳定、熄火、燃烧效率和热效率低等问题[2J。常规尺度下,利用多孔介质壁面进气的均匀性,容易在其表面形成稳定的火焰[3]o在两端开口圆管多孔介质壁面形成的管状火焰可用来分析层流火焰传播特性和稳定特性[4]。近年来,Yuasa等【5]概念性提出平板多孔介质平面火焰微型燃气透平。

    本课题组前期研究提出一种基于壁面渗透燃烧厘米尺度级别的自隔热型微技术[6],实验结果表明该技术可以有效降低热损失和强化火焰的稳定性。本论文进一步在燃烧室内径(d)和高度(埘减小时,实验研究基于壁面渗透燃烧微燃烧器性能变化特征,为今后开发更小体积、适应于微动力/发电系统的技术提供参考。

1实验装置

图1为实验系统简图,甲烷和空气由质量流量计控制分两路由1800对称进气口进入,点火装置为直流电源加热的微型热线圈。出口烟气和壁面温度均由K型热电偶进行测量,由Agilent 34970A模块进行数据采集,壁面温度测量精度为土1 K/l00K,火焰尾气温度测量值没有修正。微结构和壁面温度测点布置如图2所示,乃、乃、乃和乃为侧壁面测点,死(r=0 mm)、珏(r=6.0 mm)和乃(r=7.0mm)为端面测点。本文实验了五种尺寸(单位:mm)微,两个多孔壁面为黄铜材料,直径d - 10,高度九- 19.5和10,外径D=20,另三个多孔壁面为不锈钢,d-8,九- 25、10和5,D- 19,多孔壁面厚度均为2.5 mm。

1.质量流艘计2.流超计控制器3电加热点火器。

2实验结果及讨论

2.1可燃烧极限范围

    图3表明,随足度的减小,微可燃极限范围明显缩小,吹熄极限流量迅速降低,导致微总输入能量降低,但输入能量密度P并没有同步降低,如d= 10,九- 10时,P- 662W/crr13,d=8,h-5时,P=715 W/crT130随内径的减小,吹熄极限速度明显降低,但内径的变化对极限当量比和淬熄极限速度影响很小(图4);高度的减小使得可燃极限当量比范围明显缩小,淬熄极限速度明显上升,但对吹熄极限速度影响不规则(图5)。

2.2燃烧室内径减小的影响

    烟气平均温度Tg,。由出口截面各点烟气温度的面积平均得到,壁面平均温度Tw,。采用壁面各测点温度的算术平均值。随内径的减小,出口烟气平均温度上升【图6),而壁面温度却下降(图7).其原因是内径缩小,单位体积热释放率增加,使得尾气温度上升,另一方面透过多孔壁面混合气流速增大,混合气与多孔壁面的综合换热能量增强,导致壁面温度的降低。这种特性完全不同于常规不透气壁面通道,即在小尺度下更有利于强化微内燃烧和减少7期蒋利桥等:壁面渗透燃烧微结构参数优化实验研究

2.3燃烧室高度减小的影响

    随高度的减小,出口烟气平均温度先降低然后变化平缓,在^/d接近1时最高(图8),壁面最高温度值不变.h越小,壁面温度随流量的增大迅速降低(图9)0因此,尺度变小时,在稳定燃烧前提下,大的混合气流量工况对降低微热损失有利。

3结  论

    微生物质颗粒燃烧机特征尺度臧小,可燃极限范围缩小,输入总能量减小,但输入总能量密度不减小。直径的减小使得吹熄极限速度下降,高度减小,可燃烧极限当量比和淬熄极限速度增大。

    随直径的减小,烟气温度升高,壁面温度下降;高度减小,烟气温度先降低后变化平缓,在高径比接近1.0时,烟气温度最高,壁面最高温度不变,壁面温度随流量增大迅速下降。

    设计尺寸更小的壁面渗透燃烧微生物质颗粒燃烧机时,优先减小直径并维持高径比在1.0左右,同时,选择高流量和贫燃料工况有利于提高燃烧效率和降低热损失。


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点击次数:  更新时间:2017-03-03 20:34:41  【打印此页】  【关闭