湿空气燃烧的研究进展.pdf

中国T程热物理学会 燃烧学 2006年学术会议 编号：064166 湿空气燃烧的研究进展 、 张哲巅王岳肖云汉 (中国科学院工程热物理所，北京100080) (电话：010 电子邮箱：zd．zhang@126．corn) 摘要；湿宅气燃烧为HAT，IGHAT以及IC,CC等先进热力循环的关键过程，其性能的优劣直接关系到循 环本身的性能．本文对湿空气燃烧的最近国内外研究进展，包括作者所在的研究组取褥的研究成果， 进行了论述，指出了今后湿空气燃烧的发展思路和研究重点。 关键词：湿空气燃烧；HAT循环；IGHAT循环；IGCC循环 1 引言 随着世界范围内的能源紧缺以及各国对环境保护的重视，很多学者提出了各种应对 措施，其中各种以燃气轮机为基础的先进热力循环以其高效率低污染的优点可以在较大 程度上缓解当前能源领域所面临的严峻形势。其中湿空气透平(HAT)循环、整体煤气 化湿空气透平(IGm盯)循环以及整体煤气化联合循环(I(℃C)以其突出的优点受到 各国学者的广泛关注。HAT循环【lⅡ2】以其突出的高效率，高比功，低NOx排放等优点成 为一种新型的先进发电循环，被誉为跨世纪的热力循环【3】，同时也被列为美国先进透平 计划进行研究【4】．HAT循环中存在一个关键过程一湿空气燃烧。IGHAT循环结合了整体 煤气化，燃机的燃料为合成气，然而也同样具有HAT循环的各项优点，同样的也存在 关键过程一湿空气燃烧【5】【6】f71。IGCC循环被誉为最具发展潜力的洁净煤发电技术。～批 IGCC示范工程的建设和试运行成功，从方案的基本原理上肯定了煤通过气化技术与联 合循环热力系统相结合的洁净煤发电技术途径。验证了其技术的可行性，环保性能的优 越性以及高效节能的巨大潜力【81．【13】。IGCC循环的燃料特性决定了在现阶段其燃烧过程 不能采用贫预混燃烧技术。而采用扩散火焰，其火焰面温度较高，因此采用湿空气燃烧 ’ 是保证稳定、低NO。排放燃烧的一条途径。 燃烧。而要推广和实行这些先进热力循环，．首先需要对湿空气燃烧有深入的研究。因此 本文对湿空气燃烧最近的国内外发展，包括作者所在的研究组所取得的研究成果，进行 简要的论述。 ● 2 湿空气燃烧的研究进展 针对湿空气燃烧的应用背景。各国学者对其进行了广泛的研究，燃料包括柴油、甲 烷、丙烷以及合成气。火焰类型包括扩散火焰和预混火焰。下面以不同的燃料综述近年 来取得的研究成果。 · 116 2．1柴油一湿空气燃烧 Chen等‘141在模型燃烧室中研究了湿空气对柴油喷雾燃烧的影响。结果表明，随着 空气含湿鼙的增加，火焰的稳定范围向高燃料系数方向偏移。当含湿量为10％时，NO。 排放仅为相同绝热火焰温度下的干空气上况的10％。另外相同绝热火焰温度下CO的排 放对空气加湿的影响不敏感。 时，燃料加湿使得NO。和CO都有所降低，作者认为CO降低的主要原因是由于水蒸汽 有助于柴油的雾化，使得燃烧更完全。 作者所在研究组的房爱兵等人【16】以柴油为燃料，在全尺寸燃烧室实验台上对空气加 湿对燃烧室出口温度场、污染物生成及燃烧稳定性的影响进行了研究。实验结果表明空 气加湿使得NO。排放显著下降，CO和UHC排放浓度略有上升，燃烧效率和总压损失 没有明显变化。燃烧室工作在最大负荷工况下时，空气加湿导致燃烧室出1：3温度场产生 畸变。火焰筒壁面温度的动态监测结果表明空气加湿使火焰筒壁面温度变得更均匀，表 明燃烧室内温度分布有均匀化的迹象。空气加湿使燃烧室内振动的能量分散在更宽广的 频率范围内。、 2．2甲烷一湿空气燃烧 、 Miyachi掣”】用