纯氢旋流燃烧及其污染物排放特性的实验研究
马立新1
于榕榕1
李国能2
刘亚杰1
李强盛2
靳士振1
赵丹3
黄珂楠2
1.天津华电福源热电有限公司,天津 3017002.浙江科技大学能源与环境系统工程系,浙江 杭州 3100233.坎特伯雷大学工程学院机械工程系,新西兰克赖斯特彻奇8140
摘要：为开发零碳燃料微型燃烧系统,设计和测试了一种微型纯氢旋流燃烧器.该燃烧器采用非预混燃烧模式和低流阻设计,旋流叶片一体化成型,配备预热环形流道,旋流强度为0.76,流动阻力小于86 Pa,能够在较宽的化学当量比和较大的输入功率范围内高效运行,并实现碳氢气体燃料与纯氢燃料的灵活切换.基于数值模拟,研究了微型旋流燃烧器内的空气动力学特性,结果表明,该燃烧器在出口处形成良好的高速区和回流区,中心回流区呈轴对称分布,可有效卷吸下游高温烟气,从而实现稳定的旋流燃烧.通过实验,详细研究了化学当量比(0.3～0.6)和输入功率(495～990 W)对微型纯氢旋流燃烧温度分布和污染物排放浓度的影响规律.结果发现,开发的燃烧器在化学当量比为0.3～0.6时可高效稳定运行,随着化学当量比的增加,烟气温度先上升后下降.当输入功率为990 W时,化学当量比为0.3、0.4、0.5和0.6的7个测点的平均温度分别为1 182、1 277、1 376和1 256 K,并在化学当量比为0.5时达到最高值,测点最高温度为1 579 K.输入功率显著影响烟气温度,随着热负荷的增加,烟气温度不断上升.在化学当量比为0.5,输入功率为990 W时,NO的排放浓度达到140.6 mg/m3.在相同输入功率下,降低化学当量比能显著降低NO浓度;当化学当量比为0.3、输入功率为990 W时,氢气完全燃尽,同时NO排放浓度降至60.3 mg/m3,较化学当量比为0.5时的140.6 mg/m3降低了 57.1％.纯氢火焰在有光源环境下透明,肉眼难以观测;在无光源条件则显示出微弱的发光特性,火焰呈现橙红色,周围有微弱的蓝紫色,主要是燃烧中间产物导致.随着输入功率的增加,纯氢火焰高度不断提升.当输入功率为495 W时,火焰锚定在燃烧器出口平面;当输入功率达到990 W时,火焰高度可超过3 cm.
关键词：微型旋流燃烧纯氢燃烧化学当量比输入功率污染物排放浓度
分类号：X505(一般性问题)X701(一般性问题)
资助基金：浙江省尖兵领雁+X研发攻关计划资助项目(2024C03116)华电集团华电电力科学研究院科技资助项目(CHDER/QRZX-CG-2024-0012)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-10-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 161-170 )
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