HTAC燃烧特性及环境特性分析

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1、钱兵200713237倪源满200713236全辉辉200713238HTAC燃烧特性及环境特性分析一、前言高温空气燃烧(HTAC)技术是90年代国际燃烧域开发并在国外开始推广应用的一项全新的环保节能燃烧技术。燃料燃烧过程不仅消耗燃料，同时还向大气排NOx、CO2、SO2等污染物。NOx,SO2不但能形成酸雨，而且对人体也非常有害，特别是对深部呼吸道、细支气管和肺泡。CO2是温室型气体。1997年11月在日本京都召开的防止地球变暖会议上，经济发达国家承担了CO2排放总量的减排任务，中国是发展中国家虽然按协议不承担CO2的减排

2、任务，但我国CO2排放总量位居世界第二，单位GDP排放量为先进国家的10倍。如今我国已加人WTO，环境问题必然会影响到我国的经济发展，所以对燃料燃烧过程环保新技术的研究开发一直是科技工作者攻克的方向。工业炉窑应用HTAC技术目前国外在研究方面做了很多工作。国内在这方面的研究工作起步较晚，但实践工作发展很快。本文从燃烧理手，计算了甲烷在不同条件下的燃烧特性，对不同条件燃烧特性及环境特性进行了研究对比。二、HTAC燃烧计算以甲烷作为计算燃料，以1m3燃料为计算单位，为了保证完全燃烧，空气过剩系数取1.1，燃料在不同含氧浓度及空气

3、预热温度下，并以N2和CO2分别作为稀释气体的条件下计算燃料的燃烧温度。实验结果如下表：表一三、燃烧结果分析3.1燃烧稳定性燃料燃烧需要一定的然烧条件，燃料与空气的混合物温度达到着火温度并且满足燃料与空气的化学当量比要求，在常规扩散燃烧和预混燃烧中，燃料与空气的混合物浓度必须在浓度上、下限之间。在空气预热温度超过800℃的条件即远超过燃料的着火条件，燃料只要与氧气分子接触就会发生燃烧反应。当空气中含氧量低时，如含氧量只有2%，在燃料与空气接触的区域内，燃料与空气比大大低于理论化学当量比，这样就不能保证燃料立即完全燃烧，而只有

4、部分燃料燃烧放出热量，这些热量就不会使这个区域的燃烧产物温度升得很高。但由于大量的助燃空气本身温度已高于燃料的着火点，所以也不会出现不能连续稳定燃烧的现象.或者说这些燃料燃烧放出的热量足以使燃料物质部分温度上升至1000℃以上，保证了燃料能继续稳定燃烧。燃料在进一步与空气的混合过程中，不断接触到氧化剂分子，不断进行稳定燃烧过程，所以高温空气燃烧过程即使氧含量低到2%也能保证其燃烧的稳定性。常规空气燃烧，燃料与空气混合在较小的范围有足够的氧气保证充分燃烧，形成局部高温区，而高温低氧燃烧使燃料在与空气的混合过程逐渐燃烧，所以燃烧

5、区域扩大，火焰体积膨胀，燃烧温度在空间分布均匀，消除了局部高温区。3.2空气含氧浓度对燃烧温度的影响由表1看出，在同祥空气预热温度下，氧气浓度降低，燃烧温度随之降低，以N2稀释空气为例，当空气温度1000℃，含氧21%，其燃烧温度达2340℃，而含氧2%的空气燃烧温度只有1070℃，仅高于空气的温度70℃,燃料与空气的标准体积之比为1/110，这充分体现了高温空气燃烧的特点在燃烧产物中空气带人的热量占燃烧产物热含量的大部分，含氧浓度越低，空气带人热量所占比例越大，燃料化学热占比例越燃烧温度越均匀，且接近于空气的预热温度。3.

6、3空气预热温度对燃烧特性的影响当空气含氧量为21%的常规空气，预热温度提高，其燃烧温度提高，但由于空气与燃料体积(标态)比相近，所以燃烧温度提高不多，如空气温度提高1000℃,燃烧温度提高了400C℃，但对于高温低氧燃烧，如含氧2%的空气，由于空气与燃料比很大，所以提高空气预热温度，燃烧温度几乎成线性提高，如图1所示，且增加幅度接近预热温度的增加值。相应，由于空气带入热量与燃料化学热之比大大增加，在整个燃烧空间温度也更加均匀。3.4稀释气体对燃烧特点的影响对N2和CO2的稀释空气作了计算比较，如表1所示CO2作为稀释气体稀释

7、空气，在其他条件相同时，燃烧温度要低于N2稀释的空气燃烧温度，这是由于产物中CO2气体的热容比N2的热容大，其燃烧温度度相对低一些。但随着稀释空气中O2含量的降低，燃烧温度趋向均匀，在O2浓度为2%的稀释空气燃烧时燃烧温度几乎相等，这是由于各自燃烧条件下空气与燃烧产物中N2或CO2的比率趋向一致，所以各组分的热容对燃烧温度的影响就不明显，空气中的CO2进人燃烧，产物还是CO2，且相对量不变，其热含量也不变。四、环保特性4.1对NOx生成的影响NOx的生成机理有热力NOx,燃料NOx、快速NOx,高温空气燃烧过程主要是热力NO

8、x的生成，其生成量与燃烧温度、N2和O2的浓度有直接关系。由于NOx生成的活化能较大，故当燃烧温度低于1500℃时热力NOx生成量很少，只有当温度高于1500℃时，热力反应才明显随着温度升高，根据阿累尼乌斯定律，反应速度按指数规律迅速增加。由燃烧计算可知，当空气预热至1000。C，用CO2