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| 1 | 天然气低氮氧化物燃烧研究进展与展望显示文摘相比于其他化石燃料,天然气燃烧所生成的污染物较少,但NO_(x)排放量仍然较多。随着我国天然气消费量的逐年增加,降低NO_(x)的排放量成为人们普遍关注的重要课题。文章简述了天然气燃烧过程中的NO_(x)生成和还原机理,综述了几种不同低氮燃烧技术的减排效果及研究进展,对比分析了各项低氮燃烧技术的动力学原理及其优缺点,最后展望了天然气低氮燃烧的研究趋势。天然气燃烧生成的NO_(x)主要是热力型NO_(x),针对热力型NO_(x)的生成机理,减少NO_(x)排放的有效手段包括降低燃烧温度、控制氧气浓度,缩短反应物在高温区的停留时间等。由此发展出了分级燃烧、贫燃预混燃烧、烟气再循环、MILD燃烧和催化燃烧等低氮燃烧技术。其中,分级燃烧、烟气再循环等技术已广泛应用在工程实践当中。这些技术都是通过营造不利于NO_(x)生成的反应气氛来控制NO_(x)排放,但同时这些措施也会引起燃烧不稳定、燃烧效率低等问题。因此,低氮燃烧、稳定燃烧以及燃料完全燃烧之间的协同研究将是今后的研究方向。MILD燃烧、催化燃烧等新兴技术具有优良的低氮燃烧特性,但其反应机理还有待进一步研究。降低MILD燃烧的形成条件、开发高活性和高稳定性的催化剂仍是目前的研究重点。 | 靳苏毅 王登辉 惠世恩 刘长春 | 2021 | 节能技术2021，39，4： | 16 |
| 2 | MILD煤粉燃烧湍流与化学反应相互作用的数值分析显示文摘采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法分析了湍流与化学反应相互作用下MILD煤粉燃烧的微观特征。比较了涡耗散模型(EDM模型)和涡耗散概念模型(EDC模型)对MILD煤粉燃烧的影响,两者得到的速度场、温度场、烟气成分等结果与实验结果符合较好.在此基础上分析了MILD煤粉燃烧湍流和化学反应的微观特征尺度,发现采用EDC模型能更准确地反映MILD煤粉燃烧的微观特征,即山于强烈的烟气内部再循环导致的高湍流混合和烟气稀释后低氧浓度下的缓慢化学反应. | 金旭东 周月桂 顾广锦 许杨杨 | 2014 | 工程热物理学报2014，35，1： | 10 |
| 3 | Fundamental and Technical Challenges for a Compatible Design Scheme of Oxyfuel Combustion Technology显示文摘Oxyfuel combustion with carbon capture and sequestration(CCS) is a carbon-reduction technology for use in large-scale coal-fired power plants. Significant progress has been achieved in the research and development of this technology during its scaling up from 0.4 MWth to 3 MWth and 35 MWth by the combined efforts of universities and industries in China. A prefeasibility study on a 200 MWe large-scale demonstration has progressed well, and is ready for implementation. The overall research development and demonstration(RD&D) roadmap for oxyfuel combustion in China has become a critical component of the global RD&D roadmap for oxyfuel combustion. An air combustion/oxyfuel combustion compatible design philosophy was developed during the RD&D process. In this paper, we briefly address fundamental research and technology innovation efforts regarding several technical challenges, including combustion stability, heat transfer, system operation, mineral impurities, and corrosion. To further reduce the cost of carbon capture, in addition to the large-scale deployment of oxyfuel technology, increasing interest is anticipated in the novel and nextgeneration oxyfuel combustion technologies that are briefly introduced here, including a new oxygen-production concept and flameless oxyfuel combustion. | Chuguang Zheng Zhaohui Liu Jun Xiang Liqi Zhang Shihong Zhang Cong Luo Yongchun Zhao | 2015 | Engineering2015，1，1： | 7 |
| 4 | 当量比和初始混合模式对无焰燃烧的影响显示文摘对燃料-空气非预混、完全预混与部分预混三种混合模式下的无焰燃烧状态进行了实验和数值模拟研究。采用了详细化学反应机理和已被实验验证的算法进行数值模拟。研究发现三种混合模式下无焰燃烧状态的区别是由初始反应物的射流总动量的不同决定的。当炉内大尺度流场结构类似时,初始反应物射流总动量越大,炉内烟气循环越剧烈,温度分布越均匀,峰值温度越低,NO_x越低。数值模拟发现OH自由基峰值位置与温度峰值位置基本重合;而H_2CO峰值位置主要分布在主反应区中的低温区域。实验测量了当量比对无焰燃烧炉内温度和NO_x排放值的影响,并发现部分实验还发现,部分预混、非预混和完全预混无焰燃烧时,NO占NO_x总量的百分比分别为94.3%、91.9%和76.9%。 | 李鹏飞 王飞飞 米建春 梅振锋 | 2011 | 工程热物理学报2011，32，9： | 7 |
| 5 | CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响显示文摘为探讨CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响,通过实验和数值模拟研究了CO_2稀释率对CH_4、C_3H_8和H_2扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明:随着CO_2稀释率的增大,峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降,峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大,炉内温度分布更加均匀,更有利于达到无焰燃烧状态;相同稀释率下,CO_2稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为:H_2燃烧、CH_4燃烧、C_3H_8燃烧;当CO_2稀释率足够大时,炉内燃烧处于无焰燃烧状态. | 田红 刘正伟 王飞飞 胡章茂 | 2017 | 动力工程学报2017，37，6： | 6 |
| 6 | 斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧的数值研究显示文摘对斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧进行数值模拟。研究表明:氧-柴油无焰燃烧相比于传统氧-燃料燃烧需要卷吸更多的烟气来对纯氧进行稀释。直流燃烧室和旋流燃烧室内实现无焰燃烧的引射比分别为32和11.5,旋流燃烧室有助于无焰燃烧的实现。氧-柴油无焰燃烧的火焰峰值温度比传统燃烧模式低600 K左右,火焰峰值温度大幅下降。氧-燃料模式下燃烧室温度变化在20%以上,而氧-柴油无焰燃烧模式下温度变化小于15%,燃烧室温度均匀性显著提高。 | 叶拥拥 兰健 吕田 顾根香 刘佳伟 | 2016 | 舰船科学技术2016，38，10： | 6 |
| 7 | 稀释剂和氧浓度对甲烷非预混MILD富氧燃烧影响的模拟研究显示文摘通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)和O_(2)/H_(2)O)和燃烧器出口氧浓度(21%~30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderate or intense lowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流–化学相互作用的影响。研究结果表明,不同稀释剂下炉内流动和烟气卷吸情况几乎相同,但在炉内反应方面存在较大差异。各稀释剂下炉内燃烧温度和CO、OH浓度的高低顺序为:N_(2)>CO_(2)>H_(2)O。而且,N_(2)稀释时炉内存在集中的高温区(>1800K),且温度和组分浓度随氧浓度增大而快速升高。而CO_(2)或H_(2)O稀释时炉内温度、组分分布均匀,且对氧浓度变化不敏感。另外,相比CO_(2)或H_(2)O稀释,N_(2)稀释下反应区内的层流火焰速度和Damköhler数(Da)更大,且随氧浓度的升高而急剧增加,30%氧浓度下已经进入传统薄反应区燃烧模式。而CO_(2)或H_(2)O的稀释可以显著降低层流火焰速度,增长化学反应时间,减小Da数,在高氧浓度下依旧保持在分布式反应区,即MILD燃烧区。因此,相比N_(2)稀释,CO_(2)或H_(2)O稀释下更有利于建立MILD富氧燃烧。 | 司济沧 舒子云 王国昌 王勃 米建春 | 2021 | 中国电机工程学报2021，41，11： | 5 |
| 8 | Effects of H_2/CO/CH_4 syngas composition variation on the NO_x and CO emission characteristics in a partially-premixed gas turbine combustor显示文摘This paper reports the effects of variations in the fuel composition of H_2/CO/CH_4 syngas on the characteristics of NO_x and CO emissions in a partially-premixed gas turbine combustor. Combustion tests were conducted on a full range of fuel compositions by varying each component gas from 0% to 100% at heat inputs of 40 and 50 k Wth. Flame temperature, combustor liner temperature, ignition delay time, and flame structure were investigated computationally and experimentally to judge whether they are significant indicators of NO_x and CO formation. The characteristics of and reasons for NO_x and CO emissions were investigated by analyzing the emission mechanisms and relationships among fuel property, equivalence ratio, flame temperature, liner temperature, flame shape. The flame structures were investigated using the following flame visualization methods:(1) time-averaged OH* chemiluminescence and its Abel-deconvolution;(2) direct photography; and(3) instantaneous OH-PLIF. The flame structures were greatly changed by the fuel composition and heat input, and they were subjected to key affecting parameters of the temperatures of the flames and the liners. NO_x and CO emissions also largely varied according to fuel composition and heat input, showing neither linearly nor exponentially clear proportional trends toward the syngas compositions because of the singular conditions. For example, only the 100% CO flame at low load emitted lots of CO, whereas complete combustion was observed in other cases. However, the qualitative observations showed that the root causes of NO_x emission behaviors were flame temperature and flame structure, which were directly related to the residence time in the flame. Various sets of practical test results were obtained, and these results could contribute to the optimal selection of the fuel-feeding condition when fuel is changed from natural gas to syngas in order to minimize NO_x and CO emissions with stable combustion. | Lee Min Chul | 2016 | Science China(Technological Sciences)2016，59，12： | 5 |
| 9 | 高速圆射流中典型非球形颗粒的扩散特性显示文摘低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution,MILD)燃烧具有传热均匀、NO_x污染物排放低的特点。新一代MILD煤粉燃烧技术主要通过高速射流引起强烈的湍流混合来实现。其中,煤颗粒在高速射流中的扩散行为非常关键。目前对球形颗粒在气固射流中扩散行为的研究已非常深入,然而化石燃料属于典型的非球形颗粒,其在射流中的扩散行为与球形颗粒具有一定的差异,该类非球形颗粒在高速射流下的扩散特性值得进一步研究。为此,该文采用玻璃珠、玻璃渣和煤粉等颗粒开展了宽Re范围下的高速两相圆射流实验,通过激光Doppler相位分析技术(phase-Doppler anemometry,PDA)获取并分析了颗粒的质量浓度、速度及湍动能分布随球形度、粒径以及射流速度的变化规律。结果表明:非球形颗粒在射流中的质量浓度、速度、湍动能分布与粒径较小的球形颗粒具有一定相似性,但其扩散行为不能仅通过Stokes数进行定量表征,除曳力之外,升力对非球形颗粒扩散也具有一定影响;与球形颗粒相比,非球形颗粒的扩散更为显著,其主要原因是其径向湍动能显著增强所致;射流速度的增加促进了颗粒的剪切层集聚和径向扩散,对非球形颗粒的促进作用更强。 | 黄文仕 吴玉新 冯乐乐 张缦 张扬 | 2020 | 清华大学学报(自然科学版)2020，60，6： | 5 |
| 10 | 无焰燃烧技术的研究现状显示文摘无焰燃烧技术有设备简单、温度均匀、燃烧稳定、效率高和排放低等特点,被称为21世纪最有发展前景的燃烧技术之一。本文结合多篇国内外研究文献,总结了他们各自无焰燃烧方式的特点及其判定方法。接着列举了几种实现无焰燃烧的技术手段,包括充入氮气、高速射流和特殊燃烧室结构等。最后分别对气体燃料和固体燃料的无焰燃烧机理进行分析,从基元反应的角度说明了无焰燃烧排放低的原因,并列举了无焰燃烧技术在工业中的应用实例。 | 余跃 温治 楼国锋 刘训良 田野 苏福永 豆瑞锋 | 2012 | 金属热处理2012，37，10： | 5 |
| 11 | 半焦掺混煤粉MILD燃烧的数值模拟及分析显示文摘研究了MILD燃烧方式下半焦(其挥发分小于4%,)掺混煤粉燃烧的着火、燃烧和燃尽特性.首先通过与国际火焰研究基金会(IFRF)的煤粉MILD燃烧实验数据对比,验证数值模拟方法的可行性.然后保持炉膛热功率和当量比不变,将半焦的掺混比例由0逐渐提高到40%,.研究发现,在MILD燃烧方式下,半焦掺混比例由0改变至40%,对炉内速度、温度、O_2浓度场和NO_x排放影响不明显,而对半焦燃尽率有显著影响.炉内反应氛围保持了MILD燃烧的优势,即温度峰值低且温度分布均匀,热力型和燃料型NO生成被抑制.在燃尽率方面,半焦掺混比例低于30%,时,燃料总体燃尽率始终高于90%,.减少半焦粒径或提高一次风温均可进一步提升燃尽率. | 熊彪 李鹏飞 郭军军 汪国庆 景旭亮 柳朝晖 米建春 | 2018 | 燃烧科学与技术2018，24，5： | 5 |
| 12 | 燃空当量比对液体燃料无焰燃烧影响的研究显示文摘以微型燃气轮机为应用背景,设计了基于液雾无焰燃烧的模型燃烧室,以实验为主、数值模拟为辅的手段研究了0#柴油/空气的燃空当量比对模型燃烧室的流场结构、燃烧模式、无焰燃烧范围、燃烧温度及分布和污染物排放的影响.结果表明:燃烧室流场呈现明显的环形回流涡,为高温烟气循环提供了流体动力学基础;燃料喷孔附近的混合情况对整个燃烧模式的转变具有重要影响;该燃烧室工作在无焰燃烧模式的燃空当量比Φ范围为0.25~0.50,无焰状态下燃烧室内温度分布均匀;燃烧室平均温度Tavg和污染排放受到Φ和输入功率的影响,在实验范围内,输入功率相同时,随Φ减小,燃烧室平均温度降低,CO和NOx排放浓度增加,另外,Φ相同时,输入功率越低,Tavg越低,CO排放浓度越大,且输入功率越低CO排放浓度增长越快,NOx受输入功率的影响相对小得多.从实验结果分析,适当提高空气预热温度是增强低燃烧室热密度时的贫燃稳定性、拓展贫燃极限和强化燃烧的有效措施. | 崔运静 叶桃红 林其钊 | 2012 | 中国科学技术大学学报2012，42，4： | 4 |
| 13 | 二氧化碳、水和氮气稀释条件下甲烷MILD氧燃烧的实验研究显示文摘中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下甲烷非预混MILD氧燃烧和排放特性。实验发现,N_(2)、CO_(2)和H_(2)O稀释的所有工况中均没有观察到火焰。但N_(2)稀释时,炉内温度和NO排放都比较高,且当氧浓度、当量比或氧化剂温度增加时,NO排放急剧升高(>100×10^(-6)),因此无法实现较好的MILD氧燃烧。与之相比,CO_(2)或H_(2)O稀释下,炉内温度较低,NO排放也非常低(<10×10^(-6));并且NO排放对氧浓度、当量比和氧化剂温度的变化不敏感,能在更宽的范围内建立起低排放的MILD氧燃烧。此外,CO_(2)稀释时会产生较高的CO排放(>20×10^(-6)),但H_(2)O稀释下几乎没有CO排放,且NO排放最低(≈1× 10^(-6))。因此,H_(2)O稀释最有利于实现超低排放的MILD氧燃烧。但实际炉膛应用时需要注意防止H_(2)O稀释造成的炉壁汲水和因此导致的热效率降低、甚至熄火。 | 王国昌 舒子云 司济沧 王勃 朱荣 米建春 | 2021 | 中国电机工程学报2021，41，18： | 4 |
| 14 | 低氧稀释条件下不同煤种着火燃烧特性实验研究显示文摘在平面火焰煤粉燃烧实验系统上研究了O_(2)/CO_(2)气氛中不同热协流温度(1473~1873 K)和氧气体积分数(5%~20%)下神木西烟煤、长平贫煤和济源无烟煤煤粉的着火和燃烧特性。采用光纤光谱仪和CMOS相机分别获取了煤粉燃烧的火焰辐射光谱和火焰图像,比较了不同燃烧条件下不同煤种的煤粉着火距离、颗粒温度和颗粒温度波动系数。结果表明:随着热协流氧气体积分数的减小,煤粉火焰长度和着火距离增加,颗粒平均温度下降,颗粒温度波动系数减小;煤粉挥发分质量分数越高,颗粒温度波动系数越小,颗粒温度分布越均匀;在热协流温度为1473 K、氧气体积分数为5%的条件下,神木西烟煤的煤粉颗粒温度波动系数为2.0%,比济源无烟煤低70%,更易于实现煤粉的低氧稀释燃烧。 | 李国栋 张廷尧 曾柱楷 周月桂 | 2021 | 动力工程学报2021，41，6： | 4 |
| 15 | 同流热气中氧浓度对CH_4/H_2射流火焰的影响显示文摘通过雷诺平均纳维叶斯托克斯方程模型数值模拟研究了同流热气中氧浓度对CH4/H2射流火焰扩散燃烧的影响。研究基于JHC开放火焰实验装置,采用涡耗散概念模型和GRI-3.0详细化学反应机制进行数值模拟,研究同流热气中氧浓度变化的影响。结果显示,随着同流热气中氧浓度的减小,下游温度峰值及中间组分OH的质量分数峰值明显下降,温度分布更均匀。OH质量分数峰值位置比温度峰值位置略微靠外(同流热气侧)。H2CO主要分布在计算域内的低温区,高温时该组分被快速消耗;不同的燃烧模式下H2CO浓度分布差别很大。通过分析发现,要使传统窄小区域的快速燃烧模式过渡到大空间的慢速弥散燃烧,应减小同流热气中氧浓度。 | 梅振锋 王飞飞 李鹏飞 米建春 | 2012 | 中国电机工程学报2012，32，11： | 3 |
| 16 | 基于PSR的非绝热MILD燃烧研究显示文摘本文研究了基于全混流反应器(PSR)模型的非绝热MILD燃烧的特征和形成条件。通过理论研究,本文将PSR绝热燃烧的S形曲线理论推广到非绝热的工况下,并给出了非绝热MILD燃烧的数学判据。研究表明,随着散热速率的增加,形成MILD燃烧所需的入口温度降低,燃烧后的温升减小。综合考察燃烧过程有无明显火焰锋面和燃烧前后的温升,在本文考察的范围内,散热有利于MILD燃烧的实现和保持,反之吸热不利于MILD燃烧的实现和保持。 | 张扬 张琦 吴玉新 张海 | 2019 | 工程热物理学报2019，40，1： | 3 |
| 17 | 甲烷燃烧炉结构及工艺对NO_x浓度影响的模拟显示文摘为了降低甲烷燃烧炉氮氧化物(NOx)的排放,利用计算流体力学软件FLUENT对圆柱型甲烷燃烧炉的燃烧过程进行了三维数值模拟。考察了不同空气入口结构对炉内流场及NOx排放浓度的影响。结果表明:采用均匀分布的外围多股空气入口结构可显著降低出口NOx的排放;围绕甲烷入口的环形空气入口结构可有效维持高温区域在炉中心不发生偏移,且炉内温度分布均匀;因此采用环形加外围多股空气入口的结构较为合理。对此种结构进一步考察了环形空气入口气速及空气中氧体积分数的影响。过量空气系数为1.4时,NOx排放浓度随环形空气入口气速的增加而单调降低;过量空气系数为1.1时,NOx排放浓度存在极低值。空气入口氧体积分数从21%降低到15%,可减小出口NOx排放;低于20%时,NO排放质量分数低于2×10-5。 | 王菲 胡仰栋 伍联营 张伟涛 王颖 | 2015 | 洁净煤技术2015，21，6： | 3 |
| 18 | Recent progress on renewable energy in engineering thermophysics显示文摘This article portrays a concise review on the state-of-the-art advancements in methodologies and applications of engineering thermophysics for renewable energy, which includes wind energy, solar energy, geothermal energy, biomass energy, hydroelectric energy and CO2 capture, transportation and storage. | XU JianZhong JIN HongGuang SUI Jun LIU QiBin ZHANG MingMing | 2012 | Chinese Science Bulletin2012，57，34： | 3 |
| 19 | H2/CH4射流无焰燃烧建立条件的数值模拟研究显示文摘为了探索高温伴流射流(jet in hot coflow,JHC)无焰燃烧(moderate or intense low oxygen dilution,MILD)建立的条件,利用数值模拟的方法研究了JHC火焰在不同伴流温度与伴流氧气质量分数下的火焰特性。使用商业CFD软件ANSYS FLUENT 15.0,开展稳态RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes)模拟,湍流模型采用标准κ-ε双方程模型,化学反应采用DRM 22详细反应机理,湍流与化学反应的相互作用采用涡耗散概念(EDC)模型。模拟结果表明:提高伴流温度加强了火焰内部的传热过程;降低氧气浓度减小了化学反应释放的热量,显著降低了火焰亮度,使火焰锋面变得模糊,氧气浓度在转变燃烧状态时起到更加明显的作用;燃料主射流的初始速度决定了反应区域的湍流时间尺度,伴流温度通过影响湍流时间尺度影响宏观燃烧状态;降低伴流氧气浓度增加了化学反应时间尺度,使宏观燃烧更均匀温和,燃烧模式的转变过程更加规律可控。 | 王奔 万凯迪 何勇 朱燕群 王智化 岑可法 | 2020 | 能源工程2020，，5： | 2 |
| 20 | 高速射流条件下煤粉燃烧特性的实验研究显示文摘高速射流条件是实现煤粉MILD燃烧状态的重要手段,为了研究高速射流对煤粉着火及燃烧特性的影响,基于Hencken型平焰燃烧系统开展了高速煤粉射流燃烧实验,通过测量煤粉火焰温度及煤颗粒流动行为分析了提高射流速度对煤粉射流燃烧特性的影响。结果表明,射流速度的提高使煤粉火焰峰值温度降低,轴线方向和径向的火焰温度均匀性均提升,趋向于进入MILD燃烧状态,同时燃烧主体区域滞后、辐射散热减弱、颗粒弥散程度增强;高速条件下射流上游的煤粉火焰升温速率提高,体现了湍流对煤粉着火的促进作用。 | 黄文仕 张扬 张琦 蒋方舟 吴玉新 | 2022 | 工程热物理学报2022，43，8： | 2 |
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