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1、多孔介质燃烧器争论朱本奥;匡勇;刘柳;张燚;张保生【摘 要】多孔介质具有大蓄热和强辐射的特点,以能够提高燃烧的经济性被人们所重视.多孔介质燃烧技术是一种相比于传统燃烧技术是一种近几年来比较颖独特的燃烧技术,本文介绍了多孔介质应用于燃烧技术及不同类型的多孔介质燃烧器的争论现状、前景、优点和应用,分析不同类型燃烧器之间的联系,并给出各种试验性燃烧器的优缺点.对于不同的多孔介质材料的争论进展介绍.【期刊名称】应用能源技术【年(卷),期】2023(000)002【总页数】4 页(P30-33)【关键词】多孔介质;燃烧器;渐变型;往复回流;积存球【作 者】朱本奥;匡勇;刘柳;张燚;张保生【作者单位】中国
2、矿业大学电力工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中 文【中图分类】TK223.23近年来随着经济的进步和进展，环境和能源问题越来越受到人们的关注，为了解决燃烧过程中产生热量的低利用率和较高的排放污染物的问题，针对以上现状，近年来，各类燃烧节能技术在国内得到很大进展，比方高温空气燃烧技术(蓄热燃烧技术)能把 30%被烟气带走的余热再回收 60%至 80%节能效果显著。 但在国内，该技术在改善加
3、热物体的温度均匀性、削减污染物排放方面应用效果不佳；其他的有效地方法，但其对应的燃烧器有相对简单的构造、体积大等缺点。多孔介质燃烧技术，是继第一代常规气体燃烧技术、其次代蓄热燃烧技术之后， 目前国际上最的第三代气体燃烧技术，它具有燃烧效率高、污染物排放低的优点， 同时，兼有燃烧器体积小、构造紧凑、负荷调整范围广、燃烧稳定等优点，能广泛 地应用于家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和各种各样的民用和工业生产过 程中1。 在燃烧系统中引入多孔介质燃烧技术，利用多孔介质对气体或液体燃料进展充分的混合加强扰动，可使燃料的充分燃烧，多孔介质的大蓄热和强辐射，利于组织贫燃料的燃烧还能够经一步的对未燃的燃料
4、进展预热以削减燃料到达着火点所需的燃烧热，加快燃烧速率；化学反响和热运输的过程之间有猛烈的耦合作用， 并且相对于传统的自由空间上的混合燃烧相比具有，火焰的稳定性比较好，燃烧效率高，多孔介质及其中的燃料与外界进展猛烈的对流、导热和辐射换热，整个燃烧空间的温度比较的均匀2。多孔介质燃烧器主要有单向流淌和往复式流淌两种类型，较早提出的是单向流淌多孔介质燃烧器，往复式是针对进一步拓宽可燃气体贫燃极限而提出的。在单向流淌中火焰面对燃烧器的辐射效率和换热特性产生影响，而火焰传播速度对燃烧器的稳定性产生影响；在往复式多孔介质燃烧技术中，火焰面影响燃料的利用效率，火焰面传播速度对换向周期产生影响3。在国内多孔
5、介质燃烧器还可以分为单层和双层，赵平辉4-5等人主要对双层多孔介质燃烧器以数值模拟的方法觉察使用双层多孔介质比单层有更大的优点，火焰在多孔介质交界面四周有较宽的稳定传播范围， 可有效地防止火焰的回火和吹熄。姜海6通过试验得出双层相比于单层多孔介质燃烧器更有利于提高辐射强度。液体燃料燃烧时经受雾化、蒸发、燃烧过程，其中蒸发以后的过程可以看做气体的燃烧，所以雾化的程度打算燃烧的强度，除此之外还要考汽、液、固相互之间传热的影响。相比于混合气体在多孔介质燃烧器中燃烧相比，关于液体在多孔介质中的运动蒸发及混合气的形成更为简单。多孔介质作为液体燃料的的燃烧器，同时也是很好的雾化器，多孔介质能够有力的促进燃
6、油的蒸发，避开不完全燃烧时产生碳烟等问题。刘宏升7等人分别以气体和液体作为燃料，先通过多孔介质内气体的预混合然烧对多孔介质固相进展预热, 然后喷入液体燃料实现燃烧，试验证明白液体燃料在热多孔介质内汽化及自维持燃烧的可行性。赵治国、解茂昭8等人对泡沫陶瓷中燃油喷雾液滴蒸发混合进展了数值模拟。东明9等人以发动机为背景，得出随机分布的多孔介质比均匀的多孔介质对湍流的抑制作用更大降低的多孔介质的湍能水平，但利于液滴的快速蒸发。未明确指出对燃烧特性的影响。对于多孔介质燃烧器国内的主要争论类型包括：渐变式多孔介质燃烧器、多孔介质内往复回流式燃烧器和积存球多孔介质燃烧器，分别有各自的优势和弊端。4.1 渐变
7、型多孔介质燃烧器浙江大学岑可法10等提出了渐变型多孔介燃烧器的概念：即孔隙率或孔隙渐变， 等孔隙率渐变孔径，等孔径渐变、孔隙率、渐变孔径渐变孔隙率三种渐变类型。王恩宇、褚金华、程乐明11-17等通过试验争论觉察，渐变型的多孔介质燃烧器相对于一般的多孔介质燃烧器具有以下优点。第一，由于孔径或孔隙率的渐变可以在不同空燃比、不同热负荷条件下都能保证火焰在多孔介质中找到稳定面，从而使燃烧稳定范围大大加宽；其次，由于孔径或孔隙率的渐变，在燃烧管中可以实现沿程与燃烧特性相匹配，使燃烧温度更加均匀，实现高效燃烧和低污染物排放的结合， 代化明18利用数值模拟的方法也证明白渐变型的多孔介质燃烧器在削减 NOX
8、有独特的优势；第三，渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流淌及传热特性对燃烧室上下游热量分布进展合理调配使得最高燃烧温度有所降低，由于孔径的变化使火焰的稳定性增加。第四，孔径变化率高的渐变型多孔介质构造,也可以缩短燃烧器启动时间。4.2 往复回流式多孔介质燃烧器往复式多孔介质燃烧技术(Reciprocating Superadiabatic Combustion in Porous Media RSCP)最早是 Hanamura K 和 Echigo R 在 1993 年提出的,后来有人称作为多孔介质往复流淌下的超绝热(超焓火焰)燃烧技术19。能够形成自我组织的逆向热回流,使得上游未
9、燃气体得到了有效的预热，大大提高燃烧稳定性和燃烧效率。国内在冶金工业锅炉中应用的高温低氧燃烧(High Temperature Air Combustion 简称 HTAC)也是把 RSCP 的原理应用到冶金工业锅炉中。不过两者有很大的区分，HATC 把多孔介质仅仅作为换热器来使用，燃烧在自由大空间内完成的，而 RSCP 燃烧则发生在多孔介质里面20。绝热燃烧是指无论稳定燃烧还是非稳定燃烧过程中没有热量损失的抱负燃烧，而超绝热燃烧(超焓燃烧)是通过多孔介质取代自由空间，利用其相对于气体而言强大得多的蓄热功能和辐射特性，实现热反响。马上燃烧产生的热量及尾气中的余热用于加热反响区上游的预混合燃气，
10、从而使燃烧反响大大的增加，在无视对外热损失的状况下，火焰温度可超过与未经预热的混合燃气状态相应的绝热火焰温度21。 杜礼明、解茂昭22提出了超绝热现象是多孔介质中积存的热量的热传播波与混合气燃烧时的燃烧波叠加的结果，从能量守恒定理，通过数学分析给出了依据；李昊23等通过争论多孔介质燃烧器在热态试验条件下的温度分布状况，觉察对于肯定的燃烧系统，存在一个最正确的切换半周期，且较佳的切换半周期随着蓄热力量的增加而增加。切换半周期越短，燃烧后气体与多孔介质燃烧器的换热效果越好，出口的温度就越低，可以充分的利用燃烧生成的热量；史俊瑞24-25把弥散效应考虑到试验中，结果说明,在同样工况下，气体组分的弥散
11、效应对超绝热燃烧的特性影响很小，而气体混合物热弥散效应影响较大，对于材质、孔隙率一样的氧化铝泡沫陶瓷；对往复式惰性多孔介质燃烧器进展了二维数值模拟，在燃烧器中分别填充 4 孔/cm 泡沫陶瓷或小球,争论其内部的燃烧温度和压力损失.结果说明,由一样材料制成但构造不同的多孔介质对燃烧器内的高温区域和压力损失有显著的影响.孔隙率较大的泡沫陶瓷适合于布置在燃烧区,而孔隙率较小的小球适合于布置在热交换区域，小孔径的更有利于扩展贫可燃极限.。王关晴26等承受无量纲形式，运用有限容积法对点火燃烧动态特性进展了模拟，试验说明，燃烧峰值的温度(火焰)向某一“特定位置”移动，并最终稳定在“特定位置”上。证明白往复
12、式多孔介质燃烧器可以稳定燃烧，并形成火焰锋面。但是目前国内对于有热量损失的“超焓燃烧” 特性的变化规律争论报道性对较少。4.3 积存球多孔介质燃烧器国内对积存球多孔介质燃烧器争论主要以 Al2O3、泡沫陶瓷的小球作为多孔介质为争论对象，由于气体通过积存球之间的孔隙在积存球后会形成尾涡，能够使小球之间的导热核辐射换热更加充分，Al2O3 和泡沫陶瓷的大热导率和大比热容，能够是整个燃烧空间温度更加的均匀，能够使孔隙内火焰前沿正常移动速度远远大于自由火焰前沿移动速度、且大于混合气流速度，所以火焰前沿能够抑制混合气流的阻力使火焰锋面渐渐的向上游移动，在其内部形成稳定的燃烧波。凌忠钱27等以不同直径同一
13、孔隙率的 Al2O3 积存球为多孔介质得出，燃烧波的的正向传播时才能实现超绝热燃烧，并得出了在贫燃条件下实现超绝热燃烧化学当量比的范围。徐维广28对不同孔隙率的自由积存球争论觉察孔隙率越小，其换热效果越好。在火焰面上游,固体小球温度要高于气体温度，在燃烧前,固体对未燃预混气有预热作用所致;而当燃烧发生后,在火焰面中心及下游区域,气体温度要高于同体小球温度,气体向固体传热,由于燃烧反响放出热量导致气体温度快速上升,但固体小球热容量大,其温度变化幅度相比气体要平缓,固体最高温度也要略低于气体。同时火焰面下游,由于多孔介质固体具有良好的蓄热性,多孔介质与气体通过对流及福射的方式进展热量交换,抑制了气
14、体温度快速下降,使气体温度变化相对平缓29。国内对多孔介质燃烧器的争论主要集中在浙江大学、大连理工、等高校中，争论过程中大局部都无视了燃烧过程中的散热损失。对液体多孔介质燃烧器的争论受很多的因素制约，雾化程度的大小及汽、液、固相互之间传热的影响，很难实现单一变量的掌握。渐变型的多孔介质燃烧器的争论相对于其他类型比较的成熟，充分的考虑了试验中各种因素的影响，对不同类型渐变都有深入的争论。复流淌下的预混合气体在多孔介质内的超绝热燃烧 ,它以其高效低污染的优越性正在引起人们的关注， 但目前国内争论人员相对较少，真正应用 RSCP 的燃烧器尚不多见；对于有热量损失的“超焓燃烧”燃烧特性的变化规律争论报
15、道较少。积存球以其制作工艺相对简洁及其燃烧的优势近年来被人们开头重视。【相关文献】1 吴学成,程乐鸣,王恩宇,等.多孔介质中的预混燃烧进呈现状J.电站系统工程,2023(1):37-40.2 杜礼明,解茂昭,邓洋波.惰性多孔介质中预混合燃烧的争论进展J.热能动力工程,2023(3):221- 226+321.3 郑成航,程乐鸣,李 涛,等.多孔介质燃烧火焰面特性数值模拟J.中国电机工程学报,2023(5):50-55.4 赵平辉,朱旻明,张根烜,等.双层多孔介质燃烧器的数值模拟J.计算物理,2023(6):53-58.5 姜 海,赵平辉,徐 侃,等.多孔介质燃烧的二维数值模拟J.中国科学技术大
16、学学报,2023(4):51-56.6 姜 海,赵平辉,陈义良,等.双层多孔介质燃烧器外表辐射特性的试验和数值争论J.中国科学技术大学学报,2023(3):93-98.7 刘宏升,解茂昭.多孔介质中液体喷雾燃烧的试验争论J.工程热物理学报,2023(3):521-524.8 赵治国,解茂昭.泡沫陶瓷中燃油喷雾液滴蒸发混合的数值争论J.燃烧科学与技术,2023(3):45-49.9 东 明,解茂昭,赵治国.多孔介质构造对燃烧室内流场和喷雾特性影响的数值争论J.工程热物理学报,2023(12):179-182.10 褚金华.渐变型多孔介质燃烧器J.浙江大学,2023(期缺失):页码范围缺失.11
17、褚金华,程乐鸣,王恩宇,等.预混自然气在多孔介质燃烧器中的燃烧与传热J.燃料化学学 报,2023(2):166-170.12 褚金华,程乐鸣,施正伦,等.渐变型多孔介质燃气装置的试验争论J.燃烧科学与技术,2023(1):89-95.13 王恩宇,程乐鸣,吴学成,等.渐变型多孔介质中预混燃烧试验争论J.浙江大学学报(工学 版),2023(6):87-91+114.14 王恩宇,程乐鸣,骆仲泱,等.自然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性J.燃烧科学与技 术,2023(5):393-397.15 王恩宇,程乐鸣,骆仲泱,等.自然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧J.燃烧科学与技 术,2023(1)
18、:1-6.16 王恩宇,程乐鸣,骆仲泱,等.渐变型多孔介质中预混燃烧温度分布试验J.热科学与技 术,2023(1):64-69.17 王恩宇,程乐鸣,褚金华,等.渐变型多孔介质中燃气燃烧特性试验争论J.工程热物理学 报,2023(6):139-142.18 代华明,林柏泉,李庆钊,等.渐变型多孔介质中低浓度瓦斯燃烧特性数值模拟J.中国安全生产科 学技术,2023(6):36-41.19 邢桂菊,祁海鹰,徐旭常.日本 HiTAC 技术的进展对中国钢铁行业的启发J.钢铁,2023(9):69-73.20 李 昊,程乐鸣,王恩宇,等.往复式多孔介质燃烧器流淌特性的试验争论J.能源工程,2023(4)
19、:1-5.21 解茂昭,杜礼明,孙文策.多孔介质中往复流淌下超绝热燃烧技术的进展与前景J.燃烧科学与技 术,2023(6):520-524.22 杜礼明,解茂昭.预混气体在多孔介质中往复流淌下超绝热燃烧的理论探讨J.能源工 程,2023(5):6-11.23 李 昊,程乐鸣,王恩宇,等.往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验争论J.浙江大学学报(工学版),2023(8):1184-1188+1228.24 史俊瑞,解茂昭.考虑弥散效应的多孔介质中超绝热燃烧的数值模拟J.工程热物理学 报,2023(3):515-518.25 史俊瑞,解茂昭,周 磊.往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与构造改进J.燃烧科学与技术,2023(3):280-285.26 王关晴,程乐鸣,徐江荣,等.往复热循环多孔介质燃烧点火特性数值模拟J.中国电机工程学 报,2023(8):28-35.27 凌忠钱,周 昊,李国能,等.自由积存多孔介质内超绝热燃烧的试验争论J.浙江大学学报(工学版),2023(2):96-99+130.28 徐维广.自然积存多孔介质燃烧及换热试验争论D.出版地不详:山东建筑大学,2023.29 张金艳.预混气体在积存床内燃烧的数值争论D.出版地不详:大连理工大学,2023.