新闻中心

联系方式

地址:河南省郑州市二七区马寨产业集聚区

销售经理15638177798

销售经理13523562058

销售一部0371-55862358

销售二部0371-56761878

销售三部0371-56761879

邮箱:jieganji@126.com

网址:www.jiegankeliji.com

QQ:87260026

当前位置: 网站首页 > 新闻中心 > 行业知识
行业知识

燃料气体预热温度对生物质燃烧机性能影响的分析

燃料气体预热温度对生物质燃烧机性能影响的分析

    【摘要】燃料在直圆管形状的微尺度燃烧器中进行预热燃烧,对比不同预热温度下的燃烧器工作性能检验强化预热对促进微燃烧稳定的效果。实验选择燃料混合气体流量为0 12 0 24 Q 36 L/m睁预热温度分别为室温23℃和250 500℃。实验结果显示,在室温,燃料混合气体流量0  12 L/m却下,燃烧器可燃极限当量比为Q 339~36强预热温度上升到2500C喊可燃极限当量比范围增大到0 317—4 304而预热温度5000C喊可燃极限当量比范围减小为0 453—1. 706在实验中测量燃烧器壁面温度,结合数值模拟研究内部燃烧过程。模拟结果显示,随预热温度上升,反应区域峰值温度上升。在流量Q 24 L/mi【l当量比为l预热温度由室温上升至5000C盹峰值温度由1890K上升至2013 K实验结果证明适当预热可以提高反应温度,从而抑制热熄火。

引言

    微型能源装置作为便携式动力系统,其能量密度超过传统电池近100倍¨1,因此运行效率只需要高于1%,其工作时间即可超越电池‘卜卅。使用微型能源装置供电,微电子产品可工作更久,因此具有巨大的吸引力。

    微型能源装置的概念由麻省理工学院最早提出旧,但其设计的微型汽轮机由于加工精度和材料机械性能的问题而难以实现。后来陆续有热电和光电转换方式的微型能源装置的研究,但材料性能限制了转换效率。

    微型燃烧器是微型动力装置的核心部件。微尺度环境对燃烧的主要影响因素包括:自由基熄火、热熄火、没有回流区充当点火源、熄火距离相对变大[7圳。因此微尺度燃烧器工作稳定性差,易熄火、回火等。现有针对熄火的稳燃方法包括:过焓燃烧‘11邯1、催化稳燃[ 14叫1、使用化学处理抑制壁面吸收自由基【1 8】等。由于微尺度环境下实验难度大,因此往往使用数值模拟‘”201观察稳燃效果‘211剐。

    本文在石英圆管制作的微尺度燃烧器中,对燃料气体进行强制预热,并结合数值模拟分析燃烧器内部燃烧过程。

1实验系统

    实验系统如图1所示,由供气系统、测量仪器、燃烧器、管式炉(SK2 -25 -13 TSJ)等组成。由两台质量流量计(L07_7 BJ)分别控制和测量的氢气和空气流经管式炉加热后混合送入燃烧器中燃烧。使用巡检仪(WSP-c806型)和数模转换模块(L1075型)组成的数字系统监控流量。红外热像仪(rlhem℃am S65塑湖ji量燃烧器壁温。

    将来流气体加热到499℃需要Q 11 m加热长度。实验中加热段长度为0. 18田满足加热要求。实验观察不同预热温度下燃烧器的可燃极限,燃料混合气体流量分别为Q 12 Q 240.36I-/m乎预热温度为23℃(室温环口250; 500℃。并对化学当量比为1时的燃烧器表面温度进行测量。使用数值模拟研究管内火焰时,采用二雏柱坐标圆管燃烧器模型,计算半面以节约计算时间(图2)o入口和出口边界条件分别为恒定质量流量和恒定常压。模拟时导入实验测得的壁温作为壁面边界条件。并将燃烧器壁面作为固体区域与流体进行耦合计算,模拟两相间传热和壁面内部导热作用,比使用简单传热边界条件‘241更准确。

    使用Chcrn kin 4.0数据库提供的化学动力学参数和热质输运物理参数,导入到Fluent6.0中模拟详细化学反应动力学过程。气相反应机理包含8种组分cH、Q、HQQ OHHHQ、H Q环口20步反应。

2实验结果

2 1可燃极限

    比较不同预热温度下燃烧器可燃极限当量比(表1)结果显示:在一定范围内提升燃料气体的预热温度可有效抑制热熄火,如总流量0 12I-/m乎室温时,可燃极限当量比为Q 339~3. 639在250℃预热温度时范围增大到Q 317~4.304但随预热温度的进一步上升,可燃极限范围反而变小,预热温度为500℃时,可燃极限当量比为Q 453~1. 706

    比较燃料混合气体流量对燃烧稳定性影响的结果显示:随着流量的上升,熄火受到抑制,如室温下当总流量由Q 12I-/min上升到0.24 L/m in过程中,可燃极限当量比由0. 339~3.639堵大到0.320~5. 1500但当总流量上升至0.36IJ/m i1时,可燃极限范围减小至Q 343~4. 337此时由于高流量,使流速超过燃烧速度,导致吹脱。农业机械学报

2.2数值模拟

    通过数值模拟观察燃烧器内不同预热温度对反应过程的影响。

    图3给出3种预热温度,0. 24 I_/m ine,流量时,燃烧器内的温度等高线。气体进入燃烧器后迅速预热至着火温度847 K后点燃,温度在距入口约2 rrrn处轴线上达到峰值,在近壁面区域由于散热逐渐降低[ 25]。温度等高线梯度显示由壁面向气相有热扩散,即沿壁面的热回流[29。热量在燃烧区域传递给壁面,沿壁面传导至上游‘”1,在入口处传递给未燃气体,进行预热和点火‘”。在室温下,反应中心晌峰值温度约1890 K 250℃预热时,峰值温度上升至1 969 K预热温度500℃时,峰值温度上升到2 013 K因此高预热温度可以提升反应温度,进而促进反应强度‘碉,抑制热熄火。

2 3壁面散热

    不同预热温度下壁面散热损失和烟气余热损失如表2所示。烟气余热损失由fluen软件计算,壁面散热损失由燃烧释放总热量减去烟气余热。壁面散热损失包括自然对流传热和辐射传热,

    在不同预热温庋下,当流量由0. 12I-/mir增加至Q 36L/m知寸,随燃料投入量的加大,热量释放更多。散热率增加较慢邴1,烟气余热所占份额增加相对较快。如室温下,当气体总流量由Q 12I-/min增加到Q 36I-/mjn总功率由7.61 W增加到22. 82 W散热率占总功率的比例由97. 7%下降到89. 5%。证明提高燃料投入量,可降低散热份额,进第8期周俊虎等:燃料气体预热温度对生物质燃烧机性能影响的分析而提高火焰稳定性。预热温度对于能量分布无明显影响,证明预热产生的热量以一定的比例随壁面散热和烟气余热流失。

3结论

    (1)在微型石英玻璃燃烧器中进行不同燃料气体预热的微燃烧实验。结果显示适度预热可提高燃烧稳定性。总流量0-  12IJ/m乎室温时可燃极限当量比为0. 339~3. 639在250℃预热温度时范围增大到Q 317~4.304但预热温度为500℃时,可燃极限当量比反而减小至0. 453~1.706提高流量也可抑制熄火,室温下当总流量由0. 12I-/min增加到0.  24I-/min可燃极限当量比由0.339~3.639增大到0.  320~5.15Q但当总流量上升至0.36  I_/m in时,由于吹脱的影响,可燃极限范围反而减小至Q 343~4. 337。

    (2)对燃烧器内部的数值模拟结果证明,对燃料气体进行预热可以提升反应温度,进而抑制热熄火。在0. 24I-/m燃料气体流量下,当预热温度为室温、250; 500℃时,反应区域峰值温度分别为1 890 1 969. 2013 K

    (3)比较燃烧器壁面散热,证明提高燃料量可降低散热率占总功率的比例,而抑制热熄火。室湿下,当燃料气体流量由Q 12I-/min增加到Q 36I-/m醐j散热率占总功率的比例由97. 7%下降到8 9.  5%。

更多
点击次数:  更新时间:2018-10-14 20:00:02  【打印此页】  【关闭