缸内直喷参数对复合均质压燃发动机排放特性的影响

为了提高内燃机的热效率、降低排放,在一台由柴油机改造的均质压燃发动机上开展了正丁醇/正庚烷复合均质压燃试验。分别研究了缸内直喷时刻、直喷压力、直喷量及进气温度对发动机排放的影响,并对复合均质压燃模式下发动机的运行范围进行了对比分析。结果表明:随缸内直喷时刻推迟,CO和HC的排放先增加后减小再增加;随缸内直喷压力升高,CO的排放先升高后降低,HC的排放略有升高趋势;随总体混合气逐渐变浓CO的排放总体上有所降低,HC呈现先增后减的趋势;随进气温度不断升高HC与CO的排放均呈明显的下降趋势;NOx的排放总体处于较低水平。存在最优的直喷参数值,即φin=340°CA,pinject=6 MPa,λt=1.15,使得排放与热效率相对平衡且均获得优化。在复合均质压燃燃烧模式下,发动机运行范围得到了较为明显的拓展。     

超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性研究

为研究超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性,通过粉尘层最低着火温度测试装置、MIE-D1.2最小点火能测试装置、20 L球形爆炸测试装置,对其最低着火温度、最大爆炸压力、最小点火能量(MIE)等爆炸特性参数进行测定,探讨了加热温度、点火延滞时间、粉尘质量浓度、粉尘粒径对粉体燃爆特性的影响。结果表明:超细聚苯乙烯微球粉尘层在350℃左右时会发生无焰燃烧,且加热温度越高,粉体粒径越小,粉尘层发生着火时所需的时间越短;当粉体质量浓度为250 g/m3时,最大爆炸压力达到0.65 MPa,质量浓度为500 g/m3时,最大爆炸压力的上升速率达90 MPa/s以上;随点火延滞时间增加,最小点火能表现出先缓慢减小再急剧增大的规律;随粉尘质量浓度增加,最小点火能逐渐降低,当粉尘质量浓度超过500g/m3后逐渐趋于稳定。     

酒精蒸气/烟草粉尘两相混合体系最小点火能试验研究

在烟草加工的加香工序,挥发的酒精和搅拌混料产生的烟草粉尘形成气粉混合体系,其燃爆特性相较于单相烟草粉尘有较大变化。对20 L爆炸球进行了部分改造,可完成20 ℃~80 ℃环境温度、100%LEL以下酒精蒸气浓度、最大2 J电火花能量组合的气粉混合物的最小点火能测试。选用烘丝和加香烟草粉尘做对比,探究了环境温度和酒精蒸气浓度对酒精蒸气/烟草粉尘两相混合体系点火能的影响规律。结果表明:相同环境温度下,加香烟草粉尘的最小点火能比烘丝烟草粉尘低;加香粉尘、烘丝粉尘及混合体系的最小点火能随环境温度变化的趋势一致,均随温度的升高而降低;加入10%LEL的酒精蒸气后,相同温度下气粉混合体系的最小点火能低于单相烟草粉尘。随着环境温度的升高,二者的差值逐渐减小,酒精蒸气诱导烟草粉尘最小点火能降低的能力逐步减小甚至消失;在电点火条件下,当酒精蒸气浓度低于50%LEL时,气粉混合体系较难被点燃,当酒精蒸气浓度高于75%LEL时,混合体系较易被点燃。     

爆炸形成过程中火焰加速的试验研究

为预防和控制工业爆炸事故,并为脉冲爆轰发动机的研究提供理论指导,分析火焰加速导致的燃烧转爆轰过程的影响因素。采用爆轰管探讨障碍物的阻塞比、混合物的组成、初始压力和点火能等4个因素对爆炸性气体火焰速度和爆轰压力的影响规律。试验结果表明:障碍物的存在能大大提高火焰速度和爆轰压力;爆轰压力随管内障碍物阻塞比的增大先变大后减小,并在阻塞比为0.498,燃料种类为天然气,化学当量比为1时达到最大;爆轰压力还随混合气体初始压力的增大和点火能的提高而增大。选择适宜的条件可大大提高火焰加速速率,促进燃烧向爆轰过程转变。     

基于PLIF的混合气温度和浓度测量及其应用

缸内混合气温度和浓度分布,对发动机稳定运行,保障行车安全、避免发生路上人身伤亡或财物损失有重要影响。为了测量发动机缸内混合气的温度和浓度分布,建立了利用单波长激光诱导双示踪剂产生双荧光的测试系统,并拍摄了不同混合气温度、压力和浓度下的荧光图像,获得了不同示踪剂的荧光强度及其比值随温度、压力和浓度的变化关系,并将标定结果用于光学发动机缸内混合气的温度和浓度测量。结果表明,荧光强度及荧光比值均受到环境的压力、温度和混合气浓度的影响。利用PLIF方法得到的片光源穿过的缸内水平截面内的平均温度与用气缸压力计算的同一曲轴转角下的缸内平均温度变化趋势相同,两者之间的差值随着活塞上行而逐步减小。     

预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NOx排放的影响

为探究预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NOx排放的影响,通过优化甲醇-柴油双燃料技术,以减少污染物排放.将一台电控共轨柴油机改造的双燃料发动机作为试验对象,在1 800 r/min,30％、70％负荷,10％～40％掺烧比下,调整预喷正时,以对放热率、缸内平均温度、数浓度、平均粒径等指标进行计算和归纳.结果表明:相比单次喷射,预喷射可明显改变燃烧过程,放热过程更平缓;大负荷掺烧比30％～40％时,预喷引起放热双峰更明显;随预喷正时提前,预喷引发的第一阶段放热越来越少;预喷柴油策略可提高缸内温度.除小负荷掺烧比30％～40％工况,预喷射可使超细颗粒物数量增多、平均粒径增大,且提前预喷正时可降低50％颗粒物数量.预喷射会提高NOx排放,但提前预喷正时可降低NOx排放,除小负荷10％～30％掺烧比,NOx排放均高于单次喷射.     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟.结果表明,点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响.在零温度梯度条件下,点火初期呈可燃气等容爆炸现象,随后发展为火焰传播;在小温度梯度下,点火后会导致爆轰形成,但很快衰减为爆燃过程;当温度梯度增加到合适值时,点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态;而温度梯度过大时,仅呈现正常火焰传播状态.不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争,因而形成了不同的燃烧模式.上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义.     

废轮胎再燃脱硝试验研究

针对氮氧化物污染气体的脱除和废轮胎的能源资源化利用,对废轮胎胶粉的再燃脱硝特性进行了试验研究.利用模拟烟气在一个两段式管式炉实验台上对基于废轮胎胶粉和不同灰份组成的混合燃料进行了再燃和燃烬脱硝试验.再燃和燃烬温度分别为1 150 ℃和1 250 ℃.结果表明,废轮胎具有优良的再燃脱硝效果,在典型的再燃条件下其脱硝效率和天然气相当,再燃段SR2最佳值在0.9～0.95.当进口NO体积分数从0.05%增加到0.08%时,再燃脱硝的效率增加,但随NO体积分数的增加效率曲线逐渐变得平缓.但当停留时间增加到一定时间后,则脱硝效率均呈现出趋于渐近值的特点.在停留时间大约为0.3 s时可达到最好的脱硝效果.随着SR2的增大,再燃中间产物HCN的生成量逐渐下降,而NH3的生成量在SR2大于0.9后变化不大.当把废轮胎胶粉与布袋除尘器所收集的电厂褐煤灰混合使用时,再燃和燃烬两段脱硝试验的效率高达86%,和同样条件下天然气的混合两段脱硝试验非常接近.通过检测该条件下再燃中间产物HCN/NH3的生成量发现,褐煤灰能有效地控制再燃中间产物HCN/NH3的生成,避免了HCN/NH3在燃烬段的二次氧化.研究表明,废轮胎胶粉是一种非常好的再燃脱硝替代燃料.     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟。结果表明，点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响。在零温度梯度条件下，点火初期呈可燃气等容爆炸现象，随后发展为火焰传播；在小温度梯度下，点火后会导致爆轰形成，但很快衰减为爆燃过程；当温度梯度增加到合适值时，点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态；而温度梯度过大时，仅呈现正常火焰传播状态。不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争，因而形成了不同的燃烧模式。上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义。     

压缩比和EGR对自由活塞发动机HCCI爆震燃烧的影响

基于AVL FIRE仿真平台建立了液压自由活塞发动机气缸的三维仿真模型,使用大涡模拟（large eddy simulation, LES）耦合甲醇的详细化学反应动力学机理研究了压缩比和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）率对均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）爆震燃烧过程的影响。结果表明:甲醇的HCCI燃烧需要一定的进气加热;随着压缩比的提高,最小进气温度逐渐降低,缸内的最高燃烧温度、最大爆发压力和爆震强度均明显增加;在高压缩比工况下引入EGR时可以降低爆震强度,但EGR率较小时效果并不明显,因此需要较大的EGR 率来抑制爆震;最后,对压力振荡曲线的频谱特性进行了分析,发现爆震燃烧时压力振荡的峰值频率位于10～15 kHz区间内。     

焦炉加热过程中热力型氮氧化物的生成及影响因素研究

以武钢焦化公司6 m、7 m、7.63 m 3种炉型焦炉为对象,研究了焦炉加热过程中热力型氮氧化物的生成规律和影响因素。结果表明,焦炉氮氧化物排放量与炉型、空气过剩系数以及立火道温度有着直接的关系。7 m、7.63 m焦炉的氮氧化物排放量平均值均在210 ppm以下,6 m焦炉氮氧化物排放量平均值在400 ppm以上。6 m焦炉废气中NOx排放量明显高于7 m和7.63 m焦炉,这是由于7 m和7.63 m焦炉采用了分段加热方式,可以有效控制在焦炉加热过程中热力型NOx的生成,有利于减少最终烟气中NOx的浓度。     

初始温度对湿法成型硫磺燃烧爆炸特性影响的试验研究

为了研究初始温度变化对湿法成型硫磺粉尘燃烧爆炸特性的影响,通过对初始温度分别为35℃、 45℃、 55℃、 65℃、 75℃的硫磺粉尘试样进行测试,发现随着初始温度的上升硫磺粉尘的粉尘云最低着火温度,粉尘云最小点火能逐渐降低;随着初始温度的上升硫磺粉尘的爆炸下限和粉尘层最低着火温度不发生变化。随着温度的升高,硫磺粉尘的燃烧爆炸危险性增加,因此在气温较高的夏秋季节要提高硫磺粉尘燃爆的防护等级。     

肥煤自燃全过程热动力学特征参数研究

实验测定了林西矿肥煤样品30~900℃煤自燃全过程热动力学特征参数,得出:TG/DTG曲线显示煤样DTG初始临界温度45℃,干裂温度122℃,活性温度195℃,增速温度265℃,质量极大值温度342℃,着火温度465℃,最大热失重速率温度515℃和燃尽温度690℃;DSC曲线显示,煤样初始放热温度60℃、最大热释放速率温度511℃。结合TG-DTG-DSC曲线综合分析可知,煤温达到510℃左右时煤样反应最剧烈。由煤自燃标志气体测定实验系统得出:煤温130℃后CO,CO 2释放量迅速增加,210℃增加速度下降;CH 4,C 2 H 6含量变化具有规律性且两者变化相近;C 2 H 4出现温度为130℃;C 2 H 4/C 2 H 6比值在190~350℃有较强的规律性,呈上升趋势且上升速度较快;350℃之后,CH 4,C 2 H 6,C 2 H 4体积分数均开始急剧增大;C 2 H 4/CO与C 2 H 4/CO 2变化趋势大致相同,在130~350℃时缓慢增长,达到350℃后比值呈指数形式上升。经拟合曲线,得到活化能的3个突变点温度:70,180,220℃,其中180℃与交叉点温度相吻合。通过以上研究,得到了肥煤自燃全过程的热力学特征参数,为实际生产中防治煤自燃提供了理论依据。     

200 MW燃气流风洞高压氧气系统安全操作分析

为保证200 MW燃气流风洞高压氧气系统安全运行,从初始能量出发,对高压氧气系统充气、供气、排气时管道内的激波管流动、绝热压缩等过程进行安全分析,并提出针对性安全措施。结果表明:对于充气管道内存在的激波管流动,当驱动气体压力为20 MPa、被驱动气体压力为0.1 MPa时,激波反射后末端气体温度远远高于200 ℃,通过减小阀门开启速度,对阀前管道进行充气以减小上下游压差,可避免因绝热压缩产生的高温;供气管道充填时,管道内最高温度为73 ℃,通过控制充填速度,可进一步降低管道内氧气温度;通过高压排气、低压排气2种模式,可满足国标中对氧气流速的要求。研究结果可为氧气管道远程安全操作提供参考。     

电厂烟气对采空区防火效果实验研究

为考察电厂烟气对采空区防灭火效果的影响,采用吸附实验装置和热重分析仪开展了不同气体氛围下煤吸附O2的实验研究,研究了不同气氛下煤的着火活化能。结果表明:将惰性气体N2和烟气注入井下,均可有效地减小常温常压下煤对氧气的吸附量,即具有抑制煤自燃氧化反应的作用。其中,烟气对减小煤吸附氧气量的效果优于N2,使同忻矿和高海矿煤样吸附氧气量分别减少了27%和35%。TG实验数据表明,煤样在烟气氛围下燃烧时低温氧化阶段的增重率略小于在空气氛围下燃烧时的增重率,而其着火点大于在空气氛围下燃烧时的着火点。同时,发现煤样在烟气中燃烧时的着火活化能大于在空气中燃烧时的着火活化能,说明煤在烟气氛围下燃烧时对O2的吸附量变小,活化能增大,增加了煤自燃的困难程度。     

105万吨焦炉烟气脱硫脱硝除尘治理技术及应用

针对某企业焦炉烟气,新建一套脱硫脱硝除尘装置,焦炉烟气经过处理后,烟气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物以排放浓度满足《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)大气污染物排放限值的要求。即:SO2排放浓度小于50mg/Nm^3,NOx排放浓度小于500mg/Nm^3,同时要求处理后烟气中颗粒物排放浓度小于30mg/Nm^3,氨含量排放浓度小于8ppm。     

煤自燃预测气体及活化能变化研究

为了研究煤在低温阶段的自燃活化能及气体产生规律,基于耗氧量与煤温间的计算模型,利用煤氧化动力学测试系统,分析了3种不同自燃性煤的低温氧化表征。结果表明:1)随着煤自燃倾向性增强,煤的耗氧量和耗氧速率逐渐增大,且其耗氧速率急剧增大的拐点温度逐渐升高;2)不同自燃性煤活化能变化规律存在显著差异,利用阶段耗氧量拐点计算出铜川和大同煤样温度分别为203℃、228℃时,活化能快速减小,开始进入自发氧化阶段;晋城煤样活化能经历先减小后增大的过程,其中过渡温度段91~135℃时,活化能最小;同时拟合出活化能(E)与指前因子(A)关系式满足动力补偿效应,验证了机理函数的合理性;3)依据复合气体CO_2/CO、CH_4/C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6随温度的变化趋势,结合煤低温氧化特性,可预测煤样的氧化进程和煤体温度。     

基于分段拟合的煤自燃指标气体优选研究*

为更加精确地得出煤自燃的临界温度并找出煤自燃各个阶段最优的指标气体,以此提高煤层自燃预测预报的准确性,选取西北某矿2号煤和3号煤典型煤样开展程序升温-气相色谱实验,采用分段直线拟合的方法,得出煤自燃过程中的耗氧速率突变点温度和氧化产物生成量激增点温度,在此基础上采用灰色关联度分析法对煤干裂温度之后的指标气体进行优选。结果表明:2号煤和3号煤的自燃临界温度分别为73.0 ℃和72.1 ℃,干裂温度分别为112.6 ℃和109.8 ℃;CO适用于2种煤样全温度下的预测预报;φ(C2H4)/φ(C2H6)和C2H4是2号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体;φ(C2H4)/φ(C2H6),C2H4和C2H6是3号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体。     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。