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多孔介质燃烧技术简介

2016/4/14 21:17:30      点击:
 

有关多孔介质预混燃烧的研究,有报道使于20世纪初,到了上世纪70年代,这种新型燃烧技术引起了人们的广泛关注。多孔介质燃烧技术是一种新颖独特的燃烧方式[3]。其与自由空间燃烧的区别在于:(1)多孔介质的空隙率很大相对于自由空间有较大的固体表面积,因而有较强的蓄热能力[1];(2多孔介质的存在使混合气体在其中产生剧烈的扰动,强化了换热。(3)相对于气体来说多孔介质有较强的热导热和热辐射能力,可以使预混气体燃烧产生的部分热量从下游的高温区传递到上游的低温区预热未然混合气体,这样就提高了燃烧速率并可使燃料完全燃烧,减少了CO的排放;(4)多孔介质与气流间良好的换热特性使燃烧区域温度能够迅速趋于均匀,保持了平稳的温度梯度,降低了局部产生最高温度的可能,减少了生成量;(5)辐射燃烧效率最高可达80%90%,而常规辐射燃烧器对辐射的转换效率充其量为30%[2]在相同的热负荷下,多孔介质预混燃烧热效率较高,比本生式燃烧节约燃气30-50%[3]。与自由燃烧相比,多孔介质燃烧具有燃烧速率高、燃烧稳定性好、负荷调节范围大、容积热强度大、燃烧器体积小、燃气适应性好、烟气中污染物排放低、燃烧极限变宽、可燃用热值很低的燃气等优点。

如果能通过在多孔介质中形成回流流场特,使热量在从下游高热区到上游低热区的整个介质内循环,就为产生超绝热火焰提供了必要的能量反馈。所谓超绝热燃烧的概念是20世纪70年代初英国学者Weinberg[4]提出,而由TakenoSato等人给出了一种能改变火焰内部结构的简单而直接产生超绝热的方法[5]1利用可燃混合物在多孔介质内流动和燃烧过程中焓值沿流向的变化描述超焓或超绝热的概念。虚线表示没有预热的自由空间燃烧系统中焓的变化, 实线表示有预热的多孔介质燃烧系统中焓的变化。在没有预热的燃烧系统中, 由于存在热损失, 温度达不到绝热火焰温度,而有预热的燃烧系统中, 由于反应混合气进入反应区前被预热, 上游的焓值迅速升高, 在流动过程中产生超焓或超绝热火焰。(同样的过程若在空间燃烧中进行,燃烧后的烟气通过回流对预混气流的预热只是在接触面的很小范围进行,只要局部达到燃烧温度就形成稳定燃烧状态,能够达到超焓燃烧的范围极小,且因气流热容小、易于扩散,而不像在多孔介质中可以通过热容量大的多孔介质来存留。)

与传统燃烧装置相比,多孔介质燃烧器的燃烧效率高,污染排放低,结构简单,成本低。多孔介质预混燃烧技术在各领域的应用前景非常广阔, 如大型透平机的燃烧器、石油炼制、内燃机、各类锅炉、小型发电设备、供暖设备、家用灶具、热水器、红外线无焰燃烧设备、辐射式加热器、陶瓷材料合成、多孔催化剂燃烧、空气中有机挥发物去除等都可用到该技术。国内外研究人员在这方面做了大量的研究,包括理论分析、数值模拟和实验研究。但由于多孔介质中混合燃烧是一个包含流体流动、与气固两相传热传质过程的复杂过程,其机理和优越属性还未被揭示,还有待进一步深入研究。