等离子体强化低热值气体燃料燃烧技术研究

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1、：密级分类号：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文（工程硕士）等离子体强化低热值气体燃料燃烧技术研究硕士研究生：王赛指导教师：杨家龙副教授企业导师：李东明研究员工程领域：动力工程Ｉ论文主审人：郑洪涛教授哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文等离子体强化低热值气体燃料燃烧技术研究硕士研究生：王赛指导教师：杨家龙副教授学位级别：工程硕士学科、专业：动力工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨

2、工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster(MasterofEngineering)PlasmaIgnitionandCombustionEnhancementofLowBUTFuelTechnologyCandidate:WangSaiSupervisor:Prof.YangJialongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringDat

3、eofSubmission:May,2018DateofOralExamination:June,2018University:HarbinEngineeringUniversity等离子体强化低热值气体燃料燃烧技术研究摘要随着我国经济的快速发展，对能源的需求量越来越大，因此有必要提高一次能源的利用率，高炉炼铁时产生的大量高炉煤气能够解决上述问题。但高炉煤气是低热值气体，点火困难、燃烧稳定性差、容易发生熄火现象。等离子体的点火助燃强化燃烧技术具有点火延迟时间短、点火能量高及活化助燃等优点，能够提高低热值气点火可靠性和燃烧稳定性。本文

4、首先在一维反应器中分析等离子体助燃条件下的高炉煤气燃烧过程并简化反应机理。再以100kW微型燃气轮机燃烧室为研究对象，根据燃料燃烧特性运用数值模拟对燃烧室结构进行改进和优化，并研究不同边界条件下等离子助燃和点火的燃烧室燃烧性能。本文的主要工作内容为：（1）借助化学动力学软件CHEMKIN中密闭、均匀、完全混合反应器模型对低热值气体高炉煤气进行等离子体点火助燃燃烧特性分析，结果显示添加活性粒子氧原子后，点火延迟时间缩短，化学反应进程加快；通过敏感性分析简化GRI3.0机理为19步反应机理，并验证了简化机理的可靠性。（2）以100kW微

5、型燃气轮机燃烧室为研究对象，根据燃料燃烧特性对燃烧室进行结构改型。然后采用数值模拟的方法对原型及改进后的燃烧室的燃烧流场进行了研究，确定燃料进口的边界条件质量流量为0.12kg/s。分析等离子体助燃对燃烧室的强化作用，结果表明当活性粒子O的浓度为2%时，燃烧效率从97.7%增加到99.5%，达到强化燃烧的效果。（3）基于优化改型后的燃烧室进行几何模型头部简化，确定点火位置，通过点火器性能参数研究，确定最优参数。结果表明，当等离子体点火时，点火能量E=10J，点火持续时间为10ms。当高能点火时，点火能量E=160J，点火持续时间为2

6、0ms。关键词：燃气轮机；等离子体；低热值燃料；强化燃烧等离子体强化低热值气体燃料燃烧技术研究AbstractWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,thedemandforenergyisincreasing.Therefore,itisnecessarytodevelopasubstituteforprimaryenergy.Alargeamountofblastfurnacegasproducedinblastfurnaceironmakingcansolvethisproblem.Ho

7、wever,theblastfurnacegasbelongstoakindoflowheatvaluegasfuel,whichisdifficulttoignitewithpoorcombustionstability,anditispronetoflameout.Equilibriumplasmaignitedandenhancedcombustiontechnologyhastheadvantagesofshortignitiondelaytime,highignitionenergy,andactivecombustion

8、,whichcanimprovetheignitionreliabilityandcombustionstabilityofthelow-heatvaluegas.Inthispaper,firstly,thecombustionpr