脉动燃烧技术课件

脉动燃烧技术主要内容1.脉动燃烧的发现2.脉动燃烧技术简介3.脉动燃烧技术的研究1.脉动燃烧的发现1.1脉动燃烧的发现不稳定燃烧：产生压力振动会唱歌的火焰：1777年Dr.Higgins对音乐“敏感的火焰”：上世纪中叶LeConte脉动燃烧1.脉动燃烧的发现1.3脉动燃烧的发展1900年Gobble申请了第一个脉动燃烧装置的德国专利1906年Esnault一Pelterie申请了机械膜片式自激振荡脉动燃烧器法国专利1908年Lorin设计了脉动燃烧喷气发动机1909年Marconnet研制出了不使用机械式单向阀门，而采用一个带扩散段的空气动力阀、可用于产生推进动力的脉动燃烧器1931年，德国人Schmidt研制出了用于产生推力的脉动燃烧装置，申请了德国专利。1.脉动燃烧的发现Schmidt的研究成果在第二次世界大战中，被德国用于V-1导弹的推进器，并用于轰炸伦敦的战役中。1933年F.H.Reynst申请了一个名为“CombustionPot”的专利，它是脉动燃烧技术最早的研究成果，其实质是一种在脉动状态下燃煤的炉子。2.脉动燃烧技术简介2.1脉动燃烧脉动燃烧是指声振条件下发生的一种周期性的燃烧过程。在燃烧区内，表征这个过程的状态参数，如温度、压力、气流速度及热释放率等稳态变量都随时间周期性波动。2.脉动燃烧技术简介优点：（1）燃烧强度高，效率高（2）传热效率高（3）排烟污染小（4）结构紧凑，节省固定投资2.脉动燃烧技术简介缺点（1）噪声（2）振动2.脉动燃烧技术简介2.3脉动燃烧器2.3.1脉动燃烧器工作原理脉动燃烧器的工作循环由以下4个基本过程组成2.脉动燃烧技术简介（2）Helmholtz型2.脉动燃烧技术简介（3）Rijke型在Rijke管中激发起基波振型的关键在于，金属网对管内气体的加热在管内建立起由下面进入、从上面排出的一股稳态气流。2.脉动燃烧技术简介2.4脉动燃烧技术的应用（1）喷气推进和燃气涡轮（2）加热、采暖锅炉（3）脉动燃烧干燥（4）焚化、煅烧领域3.脉动技术的研究3.1.1Rijke型脉动燃烧器中固体燃料脉动燃烧特性研究（1）压力幅值和振动频率Ferreira研究管径0.2m管长可调L=2400mmL=3200mm颗粒大小2~4mm振动频率和压力幅值随时间的变化3.脉动技术的研究Torres研究不同长径比、不同空气速度下压力幅值和脉动频率随空燃比的变化压力幅值在燃料点燃12~16min后得到最大值，且随着试验的进行有所降低，振动幅值的最大值对应着燃料供给速度的最大值；脉动频率基本不随燃料供给速度和空燃比的变化而变，而随长径比L/d的增加而降低。3.脉动技术的研究在脉动燃烧条件下，由于颗粒燃烧生热与压力振动之间的时间延迟，压力振动幅值并不是在燃烧开始时就达到最大，而是存在一定的时间差。这个时间差和燃料的种类，即燃料的放热特性有关。而且在幅值达到最大后，由于燃料在燃烧过程中在燃烧床位置处有少量的颗粒集聚，增加了系统的声损失，所以压力幅值有所下降，但幅值变化较小。3.脉动技术的研究（2）燃烧效率Carvalho等测定了煤燃烧过程中CO、CO2浓度随时间的变化情况，并由此计算出了燃烧效率随时间的变化关系；Ferreira和Torres等给出了在两种燃烧器长径比下燃料燃烧效率随空燃比的变化情况；Zinn和Carvalho等的试验中给出了不同供煤速度下的声压、燃烧方式及燃烧效率的变化情况。3.脉动技术的研究影响燃烧效率的因素①燃料种类：燃料特性②空气流速：最佳空气流速值较小不足以克服燃烧床阻力较大不能和燃料充分反应③空燃比：1.06~1.40④脉动燃烧器长径比3.脉动技术的研究3.1.2Rijke型脉动燃烧器中固体燃料燃烧传热特性研究Zinn等的试验中通过对操作过程中燃烧器的直观观察发现，在燃料点然后燃烧器反应区附近的壁面很快变红，而非脉动条件下却为灰色的现象。这定性地说明了脉动燃烧强的传热特性。3.脉动技术的研究3.1.3脉动燃烧条件下，污染物排放试验（1）颗粒排放（2）NOx和SO2排放3.脉动技术的研究Ferreira等有关颗粒排放量的研究结果：空气流速越大、燃烧器越短，排出的颗粒量越大Carvalho等的研究给出了颗粒相对排放量随操作条件的变化情况，生成的颗粒量受操作条件（脉动或非脉动）、声压级和无量纲空燃比α的影响：颗粒量随声压级和α的减小而明显增加，且非脉动条件下的颗粒排放量明显大于脉动操作条件的值。3.脉动技术的研究3.2脉动流化床燃烧技术流化床技术：燃烧强度高、燃料适应性广、床温均匀、混合良好，但仍存在着排烟含尘浓度高、燃烧效率偏低、锅炉采用高压鼓风机，电耗高、脱硫效果不理想等缺点。脉动燃烧技术：极高的热效率和燃烧效率，能在很大程度上降低污染物排放量，燃烧器大都具有自吸功能，无需用鼓风机，燃烧器结构简单、体积小，生产投资及制造成本低等。3.脉动技术的研究浙江大学将上述两种技术结合起来，提出脉动流化床概念。这一概念把两种燃烧技术相结合，在流化床中引入气流脉动，期望形成自激式脉动流化装置，充分利用气流脉动可以强化传热、传质及降低环境污染的特性，在低生成污染物水平上强化燃烧、传热。3.脉动技术的研究系统中将布风板布置在Rijke型脉动燃烧器的最佳发生位置（L/4处），在布风板以下的管壁上缠绕电热丝，以保证通过给煤装置传送到布风板上的煤达到着火温度。当煤被电热丝释放的热量点燃后，切断电热丝电源，由煤燃烧产生的热量来驱动管内的声振，完成燃烧和脉动的耦合。3.脉动技术的研究3.3脉动燃烧干燥技术脉动燃烧产生的尾气流温度通常大于800℃,脉动频率为50～300Hz;振荡气流速度可达100m/s，这样的流场特性加之具有的强声波能，极大地强化了热、质传递过程。此外，其燃料来源广泛、燃料燃烧充分、排气污染低、结构简单、基本无运动部件。因而，是一种非常理想的干燥介质发生器。3.脉动技术的研究脉动燃烧干燥装置3.3.1脉动燃烧干燥装置（1）美国Sonodyne公司开发的尾管作为干燥室脉动燃烧干燥装置。3.脉动技术的研究Unison脉动燃烧干燥系统（2）尾管外连接干燥室的Unison脉动燃烧干燥装置。脉动燃烧器排气温度为540～1200℃，脉动频率为125～150Hz，功率为235kW，去水率为300kg/h。3.脉动技术的研究（3）脉动燃烧器与传统流化床干燥器结合用于处理城市污泥的干燥装置。该干燥装置可在4min内将污泥干燥到10%的含湿量(干基)，年处理污泥能力为2万吨。脉动燃烧器也可与固定床、滚筒干燥机等联合使用。3.脉动技术的研究3.3.2脉动燃烧干燥优点:（1）适应物料范围广（2）蒸发能力强（3）干燥产品质量高3.脉动技术的研究3.3.3脉动燃烧干燥存在的问题脉动燃烧干燥具有许多优点,大都限于对个别物料的实验研究对于脉动燃烧干燥过程中的传热传质机理、声波能在干燥中的作用等研究十分有限对于脉动燃烧产生的高温振荡气流能加速干燥过程，产生的声波能具有粉碎、助干作用等还没有定量描述的数学模型3.脉动技术的研究脉动燃烧作为一种新型的燃烧技术日益得到重视，但至今人们对其机理还缺乏足够的认识。脉动燃烧技术进一步研究的重点在于:3.脉动技术的研究（1）对脉动燃烧机理的深入研究，结合计算流体力学、化学反应动力学及燃烧理论