炉胆内二甲醚燃气火焰的燃烧特性研究

摘要

随着我国国民经济的持续快速发展,对能源的需求量也急剧增长;而我国以煤炭为主的能源消费结构,使得不仅在煤炭的开采、利用过程中对我们赖以生存的环境造成了不可估量的危害,而且由于煤炭资源储量有限已不能满足社会经济发展的需求。因此,采用清洁燃料是降低污染的有效途径,但传统的天然气、石油等资源,由于其具有价格高,不易获取等特点,并且国家需要大量进口该类资源来满足生产需求,进而带来严重的能源安全问题。二甲醚(DME)具有燃烧效率高、燃烧温度高、燃烧时间长,几乎没有污染的特点。同时,通过煤化工,甲醇合成等工艺,可获得大量的二甲醚燃料;因此,将对环境污染严重的煤炭资源转化为清洁的二甲醚燃料,是减少污染、缓解能源短缺,达到节能减排效果的重要措施。
　　二甲醚在化工、汽车等行业已得到了大规模的应用,而将其作为燃料应用于工业燃气锅炉中却没有得到广泛的应用及推广。因此,若要实现以二甲醚为燃料在工业燃气锅炉中广泛应用的目的,还需要针对工业燃气锅炉的特点,进行相关技术的研究。为研究二甲醚在工业燃气燃烧装置中的燃烧特点,设计、建造了一台工业级燃烧试验装置,并完成了炉内火焰特性的试验研究,并得到以下研究成果:
　　(1)在燃烧机功率为120KW的工况下,在径向区间r=0-50mm内,烟气温度沿轴向方向略有降低,在750mm处,温度急剧下降,直至出口温度达到950℃。而在r=100mm处的轴向温度基本保持一条平行线,温度保持不变,而在径向区间r=100-200mm内,烟温均随着轴向距离的增加而升高。
　　(2)每个轴向截面处,烟气温度随径向位置的增加而降低。在0-50mm范围内,在火焰的核心区,温度降低较为缓慢;在50-100mm范围内,温度迅速下降,在r=100mm处降至1000℃左右;在100-200mm范围内,温度缓慢降低;在200-250mm范围内,受水冷壁面的影响,温度又出现剧烈的下降,r=250mm处降至200℃左右。
　　(3)相同负荷下,过量空气系数对火焰的尺寸结构影响不大,且温度变化趋势比较相似,温度的陡降点均在轴向距离750mm处。火焰中心处的燃烧温度随着过量空气系数的增加而降低。且高负荷炉胆内的平均温度要明显高于低负荷温度。
　　(4)过量空气系数相同时,增加燃烧负荷,会导致炉胆轴向方向上烟温转变点向右移动至x=1030mm。炉内火焰高温区变宽,在高负荷下推移至径向r=150mm处。
　　(5)在低负荷下,O2的摩尔分数沿径向方向先增加、后减小,在r≈60mm处氧量最多。炉胆内CO2的分布与O2恰好相反:CO2摩尔分数沿径向方向先减小后增加,与温度变化相一致。
　　(6)由此可以推断在低负荷120KW,火焰的尺寸结构为D=200mm,L=750mm低负荷270KW,火焰的尺寸结构为D=300mm,L=1030mm
　　最后,从环境效益方面、燃烧效率及价格优势方面三个方面对二甲醚的前景进行了分析,得出了二甲醚较其他传统燃料具有更加优越的经济性。
　　通过对二甲醚在清洁燃气系统上的燃烧特性的研究,为今后二甲醚在工业锅炉上的实际应用提供了强有力的参考价值。