多股射流相干高温空气燃烧的数值模拟
高温空气燃烧技术具有低NO_x排放的特点，主要原因是燃料和空气喷嘴的特殊布置方式及其射流造成的。因此如何调整烧嘴结构参数和操作参数，使燃料在含氧率较低的气氛中进行燃烧，以降低NO_x排放，减少对环境的污染是实现高温空气燃烧的关键。本论文建立了一个具有高效蓄热式烧嘴的燃烧空间，选用k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、耦合修正的Zeldovich热力型NO_x生成模型和快速反应型NO_x生成模型，以及离散坐标辐射传热模型；采用具有模拟复杂外形的流体流动及热传导的CFD软件FLUENT，对燃烧空间进行数值模拟。系统地研究了燃烧空气散布角、燃料射流倾斜角、燃料和空气速度比、燃料和空气喷嘴间距以及预热空气的氧含量等，对燃烧空间的氧气浓度场、温度场及NO_x排放的影响。获得得出以下结论：燃料射流倾斜角对燃烧室内的温度场和NO_x排放都有影响，随着燃料射流倾斜角α的增大，NO_x的排放明显减少，最高达46％；燃烧空气散布角对氧气浓度场、温度场及N&
(本文共110页)
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高温空气燃烧技术具有高效烟气余热回收和高温预热空气以及低NO_X排放等多重优越性,是在工业发达国家已经开始应用的一种新型燃烧技术。目前,这项技术处于大力推广阶段,得到了国际工业界和科学界的广泛关注。本文利用商用CFD软件Fluent 6.3对高温空气燃烧的三维热态空间进行了数值模拟。采用标准k～ε双方程模型,PDF扩散燃烧模型,离散坐标模型(DO模型),扩大的捷里多维奇机理和快速型NO_X生成机理系统的研究了烧嘴结构和操作参数对高温空气燃烧过程的影响,为设计和优化烧嘴结构以及高温空气燃烧技术的应用提供了指导和借鉴。通过计算结果分析得出以下结论:首先,对本文采用的数值模型和计算方法进行了可靠性验证,结果表明本文所采用的数值计算结果和计算方法能够很好的模拟高温空气燃烧过程,计算结果可信。其次,研究和探索了喷嘴结构对高温空气燃烧特性的影响。模拟结果表明,具有两个空气喷口的燃烧器,具有相对较好的燃烧特性;减小燃烧器的空气分布夹角β可以增...&
(本文共112页)
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高温空气燃烧技术(high temperature air eombustion)是20世纪80年代后期发展起来的新兴的燃烧技术.其主要特征是助燃的空气可以被预热到1 000℃以上，燃料在低氧的环境下燃烧，烟气的热量被很好地回收利用〔‘一3〕，比传统的燃烧技术具有明显的节能效果.高温空气燃烧技术在日本、美国和欧洲都得到了政府、工业界和学术界的高度重视卜9].在高温低氧嫩烧中，互补型蓄热燃烧具有良好的发展前景.互补型蓄热燃烧把2个(或多个)燃烧器综合成一体，其中每个燃烧器都与其他燃烧器协调工作，按一定的次序完成燃气和空气的供给、燃烧及排出烟气〔‘”〕.作者运用计算流体力学的分析软件cFxs，研究了换向时动态的温度场和氮氧化物质量分数的分布. 1高温蓄热空气燃烧过程的数值模拟方法燃烧过程是受流动、传热传质和化学反应控制的极其复杂的物理化学过程.实际燃烧中气流流动大都是湍流流动，本文采用k一。模型.连续性方程。尸/at+a(尸巧)/a...&
(本文共6页)
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高温空气燃烧技术是一种高效的蓄热式燃烧技术,具有极限余热回收和超低污染物排放的双重优点,被誉为21世纪最有发展前途的燃烧技术之一,在钢铁冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行业具有广阔的发展前景。与常规燃烧相比,高温空气燃烧具有高温预热空气和贫氧燃烧的特点,因此其燃烧特性与常规燃烧有很大的区别,本文首先应用目前三个主要的气相燃烧模型：EBU模型、EBU-Arrhenius模型以及PDF模型,对一个尺寸为2m×2m×6.25m的高温空气燃烧室进行了数值模拟,并将模拟结果和国际火焰研究会的实验数据进行了比较,确定了合理的燃烧模型。其次对高温空气燃烧的氮氧化物(NO)生成和转化机理模型进行了研究,比较了热力性、快速型NO生成模型、N2O中间转化模型以及再燃还原模型等不同机理对NO的最终排放特性的作用。最后采用RSM湍流模型和EBU燃烧模型,DO辐射传热模型,烟气的吸收系数的WSGGM模型,热力型、快速型NO生成模型及NO的再燃还原机制等对旋流式燃...&
(本文共113页)
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本文设计了一套非换向高温空气燃烧系统，主要由烟气自循环燃烧器、炉体及管壳式换热器组成，采用数值模拟和实验的方法对烟气自循环工业炉内的温度分布、NOx排放量及浓度分布进行了研究。燃烧器头部燃料管与环形空气喷口之间有小燃烧区，对引燃和稳定火焰起到了积极作用。这一区域随燃料喷管伸入距离的增加、燃料预热温度的升高逐渐减小，随着燃料喷嘴与空气喷嘴之间距离的增加逐渐变大。炉内高温区域在燃料喷口伸入10mm时最大，平均温度升高，在伸入距离大于10mm后，炉内高温区域逐渐减小，炉温变得不均匀。炉膛内平均温度和最高温度随炉膛长度的增加而增加，温差逐渐变小，炉内温度分布更均匀。在燃料预热温度为400K时，炉内高温区域最小，炉内温度最低，当燃料预热温度超过400K后，高温区域逐渐增大，平均温度逐渐升高。在燃料喷嘴与空气喷嘴之间距离d=30mm时炉内平均温度升高，当d=40mm时，炉内平均温度降低，炉内最高温度随间距d的增加呈线性增加。炉膛内以热力型N...&
(本文共74页)
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高温空气燃烧(high temperature air combus-tion,HTAC)是一种采用高预热空气在低氧浓度条件下的先进燃烧技术。它以天然气或煤气为燃料,以射流的方式送入工业炉内进行燃烧,并且通过高效的蓄热陶瓷材料极限回收燃烧后的烟气中的余热,用来预热进入燃烧室的空气,从而大幅度地节约了能量。同时,由于它是在低氧浓度下的高强度燃烧,在燃烧过程生成的热力型氮氧化物(NOx)浓度很低,因而其环保优势十分显著。此外,在低氧条件下,金属元件的氧化程度降低,从而在一定程度上提高了金属的热加工品质。高温空气燃烧技术在钢铁冶金、玻璃、陶瓷等行业的工业炉中具有广阔的应用前景,很多研究人员对不同条件下的高温空气燃烧进行了多方面的研究[1-6]。很多研究人员应用计算流体力学(CFD)技术模拟研究了天然气、人工煤气、LPG等不同燃料的高温空气燃烧机制,取得了很多有益的结果[7-14]。CFD模拟在加热炉的技术改造中也发挥了重要的指导作用,...&
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Numerical Simulation on Combustion Characteristics of Low Nox Swirling Coal-fired Furnace旋涡式低NOX煤粉燃烧器燃烧特性的数值模拟
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在冷态实验和数值研究的基础上,采用STAR-CD软件对旋涡式低NOx煤粉燃烧器进行了热态模拟,分别得出了燃烧器内还原区和燃尽区的燃烧特性.还原区流场呈涡旋状,颗粒处在高速旋转、燃烧、破碎的状态,其内严重缺氧,温度较低且分布均匀.燃尽区内氧气浓度相对较高,温度较高,有利于颗粒的燃尽.对于0.5 mm以下颗粒,本燃烧器能够稳定地燃烧,并得到较低的氮氧化物排放.对燃烧器优化设计的计算结果表明,将一次风单管进风改为多口进风能够较好地将大颗粒压制在下部的旋流区内,在保证低氮氧化物排放的同时,有利于阻止颗粒逃逸、提高燃烧效率.在优化的计算工况下,其NOx的排放量仅为118 mg/Nm3,远低于固态排渣炉650 mg/Nm3的国家排放标准. 烧特性.还原区流场呈涡旋状,颗粒处在高速旋转、燃烧、破碎的状态,其内严重缺氧,温度较低且分布均匀.燃尽区内氧气浓度相对较高,温度较高,有利于颗粒的燃尽.对于0.5 mm以下颗粒,本燃烧器能够稳定地燃烧,并得到较低的氮氧化物排放.对燃烧器优化设计的计算结果表明,将一次风单管进风改为多口进风能够较好地将大颗粒压制在下部的旋流区内,在保证低氮氧化物排放的同时,有利于阻止颗粒逃逸、 高燃烧效率.在优化的计算工况下,其NOx的排放量仅为118 mg/Nm3,远低于固态排渣炉650 mg/Nm3的国家排放标准.
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氮氧化物水吸收过程的数值模拟
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数显倾角仪DP系列
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角度测量仪主要特点:读数可翻转液晶屏具有背光和蜂鸣器功能角度和斜率百分转换键测量/相对测量转换键测量范围：4*90度（0－360度）分辨力：0.1度精度：0.1度尺寸：165*35*23MM
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被测气体 Gas Detected&氧气
检测原理 Detection principle&电化学原理
安装方式 Sampling Method&壁挂式，管道式，流通式 （与监测环境相关）
量&&& 程 Measure Range&0-1000ppm、0-5000ppm、0-10000ppm、0-25%VOL、0-30%VOL、0-100%VOL& （量程可选，未列出量程可订制）
分 辨 率 Resolution&1ppm、0.01%VOL& （分辨率与所选量程相关）
精&& 度& Precision&2%FS
输出信号 Output signal&4-20MA、0-5V、RS485，RS232，继电器，无线数字 （可选）
响应时间 Response Time&≤10S&恢复时间 Recovery Time&≤10S
重 复 性 Repeatability&≤±1%&线性误差 Linearity error&≤±1%
零点漂移 Zero shift&≤±1%（F.S/年）&显示技术 Display& &高亮度数码管显示
连线方式 Connection mode&G1/2阳螺纹防爆软管&管道螺纹尺寸Thread size&&&& M45*2mm
工作温度 Temperature&-40℃～70℃&工作湿度 Humidity&0-95%RH
防爆等级 Explosion-Proof&Ex dⅡCT6&& &防 护Degree of protection&IP65
电&&& 源 Power&12-36VDC&工作时间Operating time&24小时工作
尺&&& 寸 Dimensions&180×150×90mm&重&&& 量 Weight&≤1.6kg
?常规气体种类及参数 （未列出的气体种类、量程、分辨率可来电订制）
&& 被测气体&&&&&&&&&&& 测量范围&&&&&&&&& 可选量程&&&&&&&&&& 分辨率&&&&&&&&&&& 响应时间
可燃气（EX）&0-100%LEL&0-100%VOL& 1%LEL/0.1%VOL&≤10S
氧气（O2）&0-30%VOL&0-25%VOL&0.01%VOL/0.1%VOL&≤10S
一氧化碳（CO）&& 0-1000ppm& 0-2000ppm&0.1ppm/1ppm&≤10S
硫化氢（H2S）&0-100ppm&0-1000ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
甲烷（CH4）&0-4%VOL&0-100%VOL&0.01%VOL&≤10S
氨气（NH3）&0-100ppm&0-200ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
氯气（CL2）&& 0-10ppm&0-100ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
氯化氢（HCL）&& 0-20ppm&&& 0-100ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
氢气 （H2）&0-1000ppm&0-40000ppm&0.1ppm/1ppm&≤10S
一氧化氮（NO）&& 0-100ppm&&& 0-250ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
二氧化氮（NO2）&& 0-20ppm&&& 0-100ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
氮氧化物（NOX）&& 0-100ppm&&& 0-2000ppm&0.01ppm/1ppm&≤10S
甲醛（CH2O）&& 0-10ppm&&& 0-100ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
臭氧（O3）&& 0-10ppm&&& 0-1000ppm&0.01ppm/0.1ppm&≤10S
二氧化碳（CO2）&0-2000ppm&&& 0-50000ppm&0.1ppm/1ppm&≤10S
二氧化硫（SO2）&0-20ppm&&& 0-5000ppm&0.01ppm/1ppm&≤10S
环氧乙烷（ETO）&0-100ppm&&& 0-1000ppm&0.01ppm/1ppm&≤10S
磷化氢（PH3）&0-10ppm&&& 0-5000ppm&0.01ppm/1ppm&≤10S
氰化氢 （HCN）&0-10ppm&&& 0-100ppm&0.01ppm&≤10S
氮气 （N2）&0-100%VOL&&& 0-90%VOL&0.01%VOL&≤10S
氟化氢（HF）&0-10ppm&&& 0-50ppm&0.01ppm&≤10S
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在我国为抗击雾霾而努力的时候，位于大洋彼岸的美国，各方势力也在为改善空气质量而角力。
从2016年初开始，美国环境保护署（EPA）陆续接到许多州政府及一些社会组织的申请，希望提高重型商用车及发动机氮氧化物（NOx）排放的标准，从目前的0.2克/制动马力小时下降到0.02克/制动马力小时。
日，美国环境保护署正式回应了申请，表示将进一步削减重型卡车、大型客车以及其他柴油车辆的氮氧化物排放量，从而减少危害公众健康的微小颗粒物。“需要制定新的重型车氮氧化物排放标准，尤其是对空气污染较为严重的地区。”美国环境保护署在回复中表示。
■多方催促加严排放标准
据了解，递交申请的成员有20个，例如，加利福尼亚州、康涅狄格州、纽约州、马萨诸塞州、罗德岛州、佛蒙特州以及华盛顿特区的地方政府；还有长期存在光化学烟雾污染问题的城市，如洛杉矶与圣何塞的市政府；以及一些非政府组织，如科学关注联盟（The Union of Concerned Scientists）和美国肺脏协会（ALA）；还包括“加利福尼亚州南海岸空气质量管理局”、“加利福尼亚州圣华金河谷空气污染控制局”，这两个机构负责监管美国空气质量最差的区域。
他们催促美国环境保护署加快立法进程，对重型车制定更严格的氮氧化物排放标准，在日前发出通知并希望在2022年实施。
氮氧化物是形成光化学烟雾污染和酸雨的重要原因，它还会刺激肺部，使人更容易受到呼吸系统疾病的侵袭。“重型卡车是氮氧化物的主要生产者，而氮氧化物是损害公众健康的关键因素。”科学关注联盟清洁能源汽车项目副主任唐·亚尼尔说。
“氮氧化物排放过多，不仅会引起哮喘患者发病，还会造成新的哮喘病例。另外，光化学烟雾污染是美国最普遍的空气污染。力度强、可执行的限制标准将更好地保护美国公民的身体健康。”美国肺脏协会（ALA）在递交的申请中写道。“我们希望美国环境保护署将排放标准加严至少90%，下降到0.02克/制动马力小时。”美国肺脏协会会长哈罗德·威默说。
此外，美国肺脏协会期待新一届政府上台后，能够加快新标准制定的进度，为美国人民提供更清洁的空气。不过现在看来，这一预期可能难以完成。唐纳德·特朗普将于日正式就任美国总统一职，而他已经提名俄克拉荷马州总检察长斯科特·普鲁伊特为美国环境保护署的长官。此前，斯科特·普鲁伊特质疑全球变暖的程度和范围是否有宣传的那么严重，他还反对美国环境保护署提出的“清洁能源计划”。因此，相比现任美国环境保护署的长官吉娜·麦卡馨，斯科特·普鲁伊特不太可能加速推进排放标准升级。
■卡车组织态度谨慎
在一方申请加速实施氮氧化物排放新标准的同时，美国环境保护署还收到许多来自于贸易组织、卡车和发动机制造商的建议，提醒其“在设置更严格的氮氧化物排放标准前，要仔细考虑如何平衡温室气体减排和氮氧化物减排之间的关系。”
“我们在促进环保方面做了很多努力。长期以来，美国环境保护署对中重型卡车的燃料效率规定，我们都全力支持。”美国货运协会（ATA）副会长兼能源及环境事务顾问格伦·凯德兹说，“但这些组织提出将氮氧化物排放标准加严90%的申请，会对货运行业的燃油经济性产生很大危害。每一次对氮氧化物排放标准的加严，都必须考虑其对货运行业的影响，尤其是为达到标准而采用的新技术对发动机成本和可靠性的影响。”
美国货运协会还强调，货运往往需要跨越州界，空气质量和排放法规应该在整个联邦范围内实行，联邦政府不应允许创建国家标准以外的区域监管程序。“我们同意目前的排放标准有加严的空间。”格伦·凯德兹说，“但我们认为，如果要修订新的排放标准，联邦层面的统一标准远比多个州各自分散的标准有益。”
此外，戴姆勒卡车北美公司表示，将与美国环境保护署合作制定新的氮氧化物排放标准。“我们会深入研究，确保削减氮氧化物不会导致温室气体排放增加及燃油经济性下降。”戴姆勒监管事务与产品合规部主任肖恩·沃特斯说。
“重型车氮氧化物排放标准必须依照数据制定，还要考虑当前实施的相关法规。”发动机制造商协会（EMA）会长杰德·曼德尔说。“尤其要确保未来可能实施的氮氧化物排放标准不会与刚定下来的‘第二阶段温室气体减排标准’相矛盾，这项标准将在未来10年内把公路重型车辆的燃油经济性提高25%。”
杰德·曼德尔进一步强调说：“现在承诺一个特定数值的重型车氮氧化物排放新标准还为时过早。”发动机制造商协会期待利益相关方参与进来、合作研究，建立一个面向全国范围的氮氧化物排放新标准。这是积累数据进行研究的重要一步。
发动机制造商协会认为，新标准不仅应是可以达到的，还应确保将排放技术的成本和复杂性降到最低。“我们需要试验数据来帮助我们了解加严多少是合适的。”杰德·曼德尔说，“而完成必要的技术工作和研究需要时间。”
■美国环境保护署公布初步计划
在双方各执一词的论战之后，日，美国环境保护署作出公开回复，表示研究并提出一个合理的、可持续推进的标准程序至少需要两年时间。因此，2017年就拿出实施氮氧化物排放新标准的时间表是不实际的。但美国环境保护署又表示，将启动新标准的研究工作，后期会发布一份《关于规则制定的通知》，暂定的目标是在2024年实施新标准。这个时间与《清洁空气法案》所要求的过渡期一致。《清洁空气法案》是环境保护署修改车辆排放标准的指导原则。
此外，氮氧化物排放新标准还应与美国环境保护署之前发布的“重型车温室气体减排标准”第二阶段的要求相吻合。2016年8月，美国环境保护署与美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）联合发布了新的温室气体排放标准，这项标准要求卡车、客车制造商分三个阶段减少碳排放。2021年开始第一阶段标准，2024年执行第二阶段标准，2027年进入最终阶段。
美国现阶段的重型车辆氮氧化物排放标准是2001年制定的，并于2010年开始实施。也就是说，距离环境保护署上一次修改标准已经有16年。美国环境保护署表示，技术进步使目前的重型车氮氧化物排放量完全可以低于2001年的标准。
美国环境保护署计划制定一项新的联邦标准，确保在全国50个州实施，以减少重型车及发动机的氮氧化物排放。美国环境保护署表示，在重修标准期间，将与广泛的利益相关者探讨，包括重型车及发动机制造商、加利福尼亚空气资源委员会、劳动组织、技术专家、非政府的环保组织、各州及地方的空气质量监管机构、卡车经销商、卡车车队以及卡车司机。
虽然美国环境保护署同意修改排放标准，但拒绝了一些州政府及环保组织提出的加快新标准实施时间表的建议。美国环境保护署在公开回复中说：“为了做到有效的氮氧化物减排并满足成本效益，我们不能忽略测试程序和测试周期对氮氧化物排放标准进行简单的加严。因此，现在还不能确定最终是否会采用0.02克/制动马力小时的标准。”
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