预混天然气在多孔介质燃烧器中的燃烧与传热

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1、第$$卷第"期燃*料*化*学*学*报6"’7$$8"7""!!#年&月!"#$%&’"()#*’+,*-./0$1&%23*4,%"’"519:$7"!!#文章编号：!"#$%"&!’（"!!#）!"%!())%!#预混天然气在多孔介质燃烧器中的燃烧与传热褚金华，程乐鸣，王恩宇，邢守祥，骆仲泱，岑可法（浙江大学热能工程研究所，能源清洁利用与环境工程教育部重点实验室，浙江杭州*$(!!",）摘*要：在一台小型渐变型多孔介质燃烧器上进行了预混天然气燃烧与传热试验研究，探讨了天然气速度和多孔介质厚度对多孔介质燃烧室的温度分布、排烟温度和流动阻力的影响。结果表明，天然气在渐变型多孔介质

2、燃烧器中燃烧稳定，燃烧室与水冷夹套间的换热受天然气速度和多孔介质厚度影响，换热效果比空管中燃烧明显增强，同时预混天然气通过多孔介质的进出口压差随着天然气速度和多孔介质厚度的增加而增加。关键词：天然气；多孔介质；预混燃烧中图分类号：->!$+8&**文献标识码：?**目前，国内对天然气的研究主要集中在天然气内径为&!11，高为$!!11的钢管制成，从上游到［(］［"］［$］储存、催化燃烧和氧化偶联等方面，对新型下游分别填充为(11、(8"#11和(8),11三种孔的高效清洁燃烧技术的研究较少。多孔介质燃烧技径的?/"B$泡沫陶瓷片，孔隙率均为!8+&，外包水冷术是一种新的燃烧技术

3、，它相对于自由火焰的预混夹套，水套高"!!11，外径为+#11。燃烧室入口燃烧，具有燃烧速率高、稳定性好、负荷调节范围广、布置(!11厚的直孔陶瓷板，外周紧贴着铝环，使燃烧强度高、燃烧器体积小、污染物排放低、燃烧极直孔陶瓷板的温度不至于太高，防止回火。［&，#］限较宽等优点。［)，,］多孔介质燃烧技术在国外研究较多，有一［&］些已开始实际应用。在国内研究还比较少，大部分为均匀型多孔介质（即孔径@孔隙率不变）燃烧。［+］岑可法等提出了渐变型多孔介质燃烧的概念，王［’，(!］恩宇等经过实验发现，渐变型多孔介质燃烧器的温度分布比均匀型多孔介质燃烧器的均匀，渐变型多孔介质对火焰稳定性具

4、有更大的调节作用，可以实现更低的AB和CBD的排放。为研究预混天然气在多孔介质中燃烧特性和传热特性，本文采用天然气在单管水冷的多孔介质中的燃烧作为对象，改变多孔介质厚度和燃气流量的图(*实验系统图情况下，研究了燃烧室的温度分布、进出口压差、排E35;F.(*0DG.F31.4H2/I6=.12H36J/KL烟温度、水夹套进出口水温和平均换热系数等预混(—42H;F2/52I；"—2/;134K;I244;/;I；$—GF.II;F.H2GI；天然气在多孔介质中的燃烧和传热规律，为天然气&—5F2<;2//M%N2F3.

5、质燃烧装置的设计提供理论依据。)—H.1G.F2H;F.2<2GHI；,—23F6K1GF.IIKF；+—.2FH=.4%PK2F<(*实验部分**燃烧室轴向均匀布置了’个Q型热电偶，图中黑点为测点布置位置。水冷夹套的进口和出口处各实验系统如图(所示，由燃烧室本体、供气系布置一个R型热电偶，测进出口水温。所有热电偶统、供水系统和测量系统组成。本体分预混室和燃都接入惠普测温仪，并输入电脑进行在线观察和测烧室，其中燃烧室主体为渐变型多孔介质燃烧器，由量。另外，在直孔陶瓷板前和燃烧室出口各布置一*收稿日期："!!&%!+%(’；修回日期："!!#%!$%(,*基金项目：国家自然科学基

6、金（#!(,)!&$，#!$,)!#,）。*联系作者：程乐鸣，-./：!#,(%+,’#"+!"，0%12/：/.13456761..89:;8.<;8648*作者简介：褚金华（(’,’%），男，浙江海宁人，硕士研究生，工程热物理专业。0%123/：6:=!$!$79:;8.<;8648第’期褚金华等：预混天然气在多孔介质燃烧器中的燃烧与传热03;"个压力测点，测量多孔介质内的压力损失。孔介质的空管中燃烧相比，由于多孔介质的主要材料实验采用东海天然气（甲烷体积分数!"#$%&），是LK’M%，其导热系数在0,,,/时为4N*+·/，在%%低位发热量为%"#’!()*+，质量密度

7、为,#""-.*+’,/时为%,N*+·/，以及在0",,/时总体黑度［00］（,/，0,0-12）。可以达到,#’!，都比烟气大得多；多孔介质的存［3］根据王恩宇等的实验结果，当量比接近理想在加强了燃烧室内烟气的扰动，从而强化换热。多当量比时燃烧工况稳定最快。为使燃烧充分，实验孔介质对燃烧室的换热有促进作用，在约!,++的选取当量比为,#$4’（即过量空气系数为0#,4）。距离内将烟气温度从0,,,/左右降低4,,/，这是点火后，火焰较快的到达燃烧室底部（最下端热电常规自由火焰燃烧装置较难