生物柴油燃烧模型及火焰特性实验研究

摘要

生物柴油是一种市场推广潜力巨大、节能、环保的生物质能利用形式。生物柴油目前主要应用于内燃机，其在工业炉内的应用与研究少之又少。本文对生物柴油在炉内燃烧的火焰特性进行了研究，以此带动生物柴油在该领域的拓展，为进一步优化生物柴油在炉内燃烧工况以及工业炉的设计提供参考。
　　针对生物柴油基于元素平衡、化学平衡和能量平衡建立燃烧数学模型，分析在理论燃烧温度下其燃烧产物组分的规律。结果表明:1）助燃空气温度20℃时，CO、H2O摩尔分数随着空气过量系数的增大而减小，O2逐渐增大，O、H、OH和H2摩尔分数都在10-6的量级以下且随着空气过量系数的增大而减小;2）提高助燃空气温度时，燃烧产物摩尔分数变化不大。
　　对生物柴油在炉内燃烧的火焰特性进行实验，研究火焰区域的温度场和浓度场规律。结果表明:1）生物柴油应用于旋流燃烧器时轴线上温度较低;在垂直高度上，火焰整体有上扬的趋势。常温下空气过量系数在1～1.15范围内增加时，火焰高温区逐渐向燃烧器端口靠近。助燃空气温度为500℃、空气过量系数在1～1.15范围内增加时，燃烧火焰局部高温区越来越集中。助燃空气温度提高时，火焰温度逐渐升高，高温区域面积增大;2)NO浓度沿轴线方向逐渐升高，中心轴线外两条测量线上的NO浓度要高于轴线上NO浓度，且波动不大。沿火焰轴线CO2体积浓度随着距离燃烧器的位置的增加逐渐增大，到达峰值后又缓慢的回落;3）火焰中NO、CO2浓度分布与温度分布有极高的相似性，温度高于850℃时，NO浓度明显提高，快速型NO的贡献更大，超过950℃，热力型机理占主导作用。