脈動(dòng)燃燒技術(shù)

1、脈動(dòng)燃燒技術(shù)脈動(dòng)燃燒技術(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1. 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) 2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 3. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)的研究脈動(dòng)燃燒技術(shù)的研究1. 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) 1.1 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) 不穩(wěn)定燃燒：產(chǎn)生壓力振動(dòng) 會(huì)唱歌的火焰：1777年dr. higgins 對(duì)音樂“敏感的火焰”：上世紀(jì)中葉le conte1. 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) 1.2 脈動(dòng)燃燒脈動(dòng)燃燒 兩個(gè)基本激勵(lì)過程： 燃燒可以在某種條件下激發(fā)燃燒器中的聲學(xué)脈動(dòng)；反過來，聲脈動(dòng)可以改變?nèi)紵奶匦浴?燃燒與聲振之間存在著相互依存的關(guān)系，即所謂的熱-聲耦合。對(duì)這種熱聲相互轉(zhuǎn)換和耦合作

2、用的研究逐漸發(fā)展成了一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域脈動(dòng)燃燒。1. 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) 1.3 脈動(dòng)燃燒的發(fā)展脈動(dòng)燃燒的發(fā)展 1900年gobble申請(qǐng)了第一個(gè)脈動(dòng)燃燒裝置的德國專利 1906年esnault一pelterie申請(qǐng)了機(jī)械膜片式自激振蕩脈動(dòng)燃燒器法國專利 1908年lorin設(shè)計(jì)了脈動(dòng)燃燒噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 1909年marconnet研制出了不使用機(jī)械式單向閥門，而采用一個(gè)帶擴(kuò)散段的空氣動(dòng)力閥、可用于產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的脈動(dòng)燃燒器 1931年，德國人schmidt研制出了用于產(chǎn)生推力的脈動(dòng)燃燒裝置，申請(qǐng)了德國專利。1. 脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒的發(fā)現(xiàn) schmidt的研究成果在第二次世界大戰(zhàn)中，被德

3、國用于v-1導(dǎo)彈的推進(jìn)器，并用于轟炸倫敦的戰(zhàn)役中。 1933年f.h.reynst申請(qǐng)了一個(gè)名為“combustionpot”的專利，它是脈動(dòng)燃燒技術(shù)最早的研究成果，其實(shí)質(zhì)是一種在脈動(dòng)狀態(tài)下燃煤的爐子。2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 2.1 脈動(dòng)燃燒脈動(dòng)燃燒 脈動(dòng)燃燒是指聲振條件下發(fā)生的一種周期性的燃燒過程。在燃燒區(qū)內(nèi)，表征這個(gè)過程的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、氣流速度及熱釋放率等穩(wěn)態(tài)變量都隨時(shí)間周期性波動(dòng)。2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 2.2 脈動(dòng)燃燒的特點(diǎn)脈動(dòng)燃燒的特點(diǎn) 脈動(dòng)燃燒最根本的特點(diǎn)是燃燒器中的氣流脈動(dòng)強(qiáng)化了燃燒器及尾管中顆粒與顆粒之間、顆粒與氣流之間的質(zhì)量、動(dòng)量和能

4、量傳遞，具體表現(xiàn)為：2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）燃燒強(qiáng)度高，效率高 （2）傳熱效率高 （3）排煙污染小 （4）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省固定投資2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1）噪聲 （2）振動(dòng)2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 2.3 脈動(dòng)燃燒器脈動(dòng)燃燒器 2.3.1 脈動(dòng)燃燒器工作原理脈動(dòng)燃燒器工作原理 脈動(dòng)燃燒器的工作循環(huán)由以下4個(gè)基本過程組成2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 2.3.2 脈動(dòng)燃燒器分類脈動(dòng)燃燒器分類 （1） schmidt型2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 （2）helmholtz型2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒

5、技術(shù)簡介 （3）rijke型在rijke管中激發(fā)起基波振型的關(guān)鍵在于，金屬網(wǎng)對(duì)管內(nèi)氣體的加熱在管內(nèi)建立起由下面進(jìn)入、從上面排出的一股穩(wěn)態(tài)氣流。2. 脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介脈動(dòng)燃燒技術(shù)簡介 2.4 脈動(dòng)燃燒技術(shù)的應(yīng)用脈動(dòng)燃燒技術(shù)的應(yīng)用 （1） 噴氣推進(jìn)和燃?xì)鉁u輪 （2） 加熱、采暖鍋爐 （3） 脈動(dòng)燃燒干燥 （4） 焚化、煅燒領(lǐng)域3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.1 rijke型脈動(dòng)燃燒器試驗(yàn)研究型脈動(dòng)燃燒器試驗(yàn)研究 rijke型脈動(dòng)燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，在燃用固體燃料方面表現(xiàn)出燃燒充分、燃燒效率高、污染排放少等優(yōu)點(diǎn)，使其可以用于各種成分的塊煤、煤粉及木質(zhì)廢料的燃燒。 可控的脈動(dòng)燃燒能

6、夠提高氧化物向液體和固體燃料表面的擴(kuò)散能力，從而提高反應(yīng)物與燃燒產(chǎn)物的混合程度，提高燃燒效率。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.1.1 rijke型脈動(dòng)燃燒器中固體燃料脈動(dòng)燃型脈動(dòng)燃燒器中固體燃料脈動(dòng)燃燒特性研究燒特性研究 （1）壓力幅值和振動(dòng)頻率 ferreira研究 管徑0.2m 管長可調(diào) l=2400mm l=3200mm 顆粒大小24mm振動(dòng)頻率和壓力幅值隨時(shí)間的變化振動(dòng)頻率和壓力幅值隨時(shí)間的變化3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 torres研究不同長徑比、不同空氣速度下壓力幅值和脈動(dòng)頻率隨空燃比的變化 壓力幅值在燃料點(diǎn)燃1216min后得到最大值，且隨著試驗(yàn)的進(jìn)行有所降低，振

7、動(dòng)幅值的最大值對(duì)應(yīng)著燃料供給速度的最大值；脈動(dòng)頻率基本不隨燃料供給速度和空燃比的變化而變，而隨長徑比l/d的增加而降低。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 在脈動(dòng)燃燒條件下，由于顆粒燃燒生熱與壓力振動(dòng)之間的時(shí)間延遲，壓力振動(dòng)幅值并不是在燃燒開始時(shí)就達(dá)到最大，而是存在一定的時(shí)間差。 這個(gè)時(shí)間差和燃料的種類，即燃料的放熱特性有關(guān)。而且在幅值達(dá)到最大后，由于燃料在燃燒過程中在燃燒床位置處有少量的顆粒集聚，增加了系統(tǒng)的聲損失，所以壓力幅值有所下降，但幅值變化較小。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 壓力幅值在空氣流速較大時(shí)也較大，并不隨燃燒器長徑比的變化而變化。這是因?yàn)閷?duì)于一定能夠的空燃比，空氣流速較

8、大時(shí)，熱量釋放率也較大，從而有更多的能量可用于產(chǎn)生聲振；但振動(dòng)頻率只與燃燒器的管長有關(guān)系，與操作條件無關(guān)。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 （2）燃燒效率）燃燒效率 carvalho等測定了煤燃燒過程中co、co2濃度隨時(shí)間的變化情況，并由此計(jì)算出了燃燒效率隨時(shí)間的變化關(guān)系； ferreira和torres等給出了在兩種燃燒器長徑比下燃料燃燒效率隨空燃比的變化情況；zinn和carvalho等的試驗(yàn)中給出了不同供煤速度下的聲壓、燃燒方式及燃燒效率的變化情況。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 影響燃燒效率的因素影響燃燒效率的因素 燃料種類：燃料特性 空氣流速：最佳空氣流速值 較小不足以克服燃

9、燒床阻力 較大不能和燃料充分反應(yīng) 空燃比：1.061.40 脈動(dòng)燃燒器長徑比3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.1.2 rijke型脈動(dòng)燃燒器中固體燃料燃燒傳型脈動(dòng)燃燒器中固體燃料燃燒傳熱特性研究熱特性研究 zinn等的試驗(yàn)中通過對(duì)操作過程中燃燒器的直觀觀察發(fā)現(xiàn)，在燃料點(diǎn)然后燃燒器反應(yīng)區(qū)附近的壁面很快變紅，而非脈動(dòng)條件下卻為灰色的現(xiàn)象。這定性地說明了脈動(dòng)燃燒強(qiáng)的傳熱特性。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 ferreira等的定量研究結(jié)果表明：在同樣的傳熱面積上，燃?xì)庠谌紵髦械耐Ａ魰r(shí)間和脈動(dòng)幅值影響著傳熱率。停留時(shí)間越長、振幅越大，傳熱越強(qiáng)。 torres等研究表明當(dāng)燃燒器長徑比l/d=

10、16時(shí)，不同空燃比下燃料放熱傳到冷卻水的百分比范圍為60%80%，而l/d=12時(shí)，百分比為40%60%，可見燃燒器越長，傳熱效果越好。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.1.3 脈動(dòng)燃燒條件下，污染物排放試驗(yàn)脈動(dòng)燃燒條件下，污染物排放試驗(yàn) （1）顆粒排放 （2）nox和so2排放3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 ferreira等有關(guān)顆粒排放量的研究結(jié)果：空氣流速越大、燃燒器越短，排出的顆粒量越大 carvalho等的研究給出了顆粒相對(duì)排放量隨操作條件的變化情況，生成的顆粒量受操作條件（脈動(dòng)或非脈動(dòng)）、聲壓級(jí)和無量綱空燃比的影響：顆粒量隨聲壓級(jí)和的減小而明顯增加，且非脈動(dòng)條件下的顆粒排

11、放量明顯大于脈動(dòng)操作條件的值。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 miller等用分級(jí)送風(fēng)的方法研究了煤燃料rijke型燃燒器中nox的減少情況。脈動(dòng)條件下nox的排放量在富燃料燃燒下的25010-6和富氧燃燒下的70010-6之間變化，與常規(guī)燃燒相比，在適當(dāng)?shù)姆旨?jí)送風(fēng)下，nox的濃度最高能減少56%。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 wang等在長3m，直徑為0.15m的rijke型燃燒器中研究石灰石和白云石（caco3）對(duì)煤和石油的炭脈動(dòng)燃燒條件下so2的去除作用。研究了不同燃燒床溫和caco3顆粒尺寸對(duì)降低so2的影響。 當(dāng)使用顆粒大小為0.5mm的caco3小顆粒時(shí)，床溫控制在880

12、時(shí)達(dá)到最佳去除效果。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.2 脈動(dòng)流化床燃燒技術(shù)脈動(dòng)流化床燃燒技術(shù) 流化床技術(shù)：燃燒強(qiáng)度高、燃料適應(yīng)性廣、床溫均勻、混合良好，但仍存在著排煙含塵濃度高、燃燒效率偏低、鍋爐采用高壓鼓風(fēng)機(jī)，電耗高、脫硫效果不理想等缺點(diǎn)。 脈動(dòng)燃燒技術(shù)：極高的熱效率和燃燒效率，能在很大程度上降低污染物排放量，燃燒器大都具有自吸功能，無需用鼓風(fēng)機(jī)，燃燒器結(jié)構(gòu)簡單、體積小，生產(chǎn)投資及制造成本低等。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 浙江大學(xué)將上述兩種技術(shù)結(jié)合起來，提出脈動(dòng)流化床概念。這一概念把兩種燃燒技術(shù)相結(jié)合，在流化床中引入氣流脈動(dòng)，期望形成自激式脈動(dòng)流化裝置，充分利用氣流脈動(dòng)可以強(qiáng)

13、化傳熱、傳質(zhì)及降低環(huán)境污染的特性，在低生成污染物水平上強(qiáng)化燃燒、傳熱。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 系統(tǒng)中將布風(fēng)板布置在rijke型脈動(dòng)燃燒器的最佳發(fā)生位置（l/4處），在布風(fēng)板以下的管壁上纏繞電熱絲，以保證通過給煤裝置傳送到布風(fēng)板上的煤達(dá)到著火溫度。當(dāng)煤被電熱絲釋放的熱量點(diǎn)燃后，切斷電熱絲電源，由煤燃燒產(chǎn)生的熱量來驅(qū)動(dòng)管內(nèi)的聲振，完成燃燒和脈動(dòng)的耦合。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.3 脈動(dòng)燃燒干燥技術(shù)脈動(dòng)燃燒干燥技術(shù) 脈動(dòng)燃燒產(chǎn)生的尾氣流溫度通常大于800,脈動(dòng)頻率為50300 hz;振蕩氣流速度可達(dá)100 m/s，這樣的流場特性加之具有的強(qiáng)聲波能，極大地強(qiáng)化了熱、質(zhì)傳遞過程

14、。此外，其燃料來源廣泛、燃料燃燒充分、排氣污染低、結(jié)構(gòu)簡單、基本無運(yùn)動(dòng)部件。因而，是一種非常理想的干燥介質(zhì)發(fā)生器。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)燃燒干燥裝置脈動(dòng)燃燒干燥裝置3.3.1 脈動(dòng)燃燒干脈動(dòng)燃燒干燥裝置燥裝置（1）美國sonodyne公司開發(fā)的尾管作為干燥室脈動(dòng)燃燒干燥裝置。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究（2）尾管外連接干燥室的unison脈動(dòng)燃燒干燥裝置。脈動(dòng)燃燒器排氣溫度為5401200，脈動(dòng)頻率為125150 hz，功率為235 kw，去水率為300 kg/h。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究（3）脈動(dòng)燃燒器與傳統(tǒng)流化床干燥器結(jié)合用于處理城市污泥的干燥裝置。該干燥裝

15、置可在4 min內(nèi)將污泥干燥到10 %的含濕量(干基)，年處理污泥能力為2萬噸。脈動(dòng)燃燒器也可與固定床、滾筒干燥機(jī)等聯(lián)合使用。3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.3.2 脈動(dòng)燃燒干燥優(yōu)點(diǎn)脈動(dòng)燃燒干燥優(yōu)點(diǎn): （1）適應(yīng)物料范圍廣 （2）蒸發(fā)能力強(qiáng) （3）干燥產(chǎn)品質(zhì)量高3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 3.3.3 脈動(dòng)燃燒干燥存在的問題脈動(dòng)燃燒干燥存在的問題 脈動(dòng)燃燒干燥具有許多優(yōu)點(diǎn), 大都限于對(duì)個(gè)別物料的實(shí)驗(yàn)研究 對(duì)于脈動(dòng)燃燒干燥過程中的傳熱傳質(zhì)機(jī)理、聲波能在干燥中的作用等研究十分有限 對(duì)于脈動(dòng)燃燒產(chǎn)生的高溫振蕩氣流能加速干燥過程，產(chǎn)生的聲波能具有粉碎、助干作用等還沒有定量描述的數(shù)學(xué)模型3. 脈動(dòng)技術(shù)的研究脈動(dòng)技術(shù)的研究 脈動(dòng)燃燒作為一種新型的燃燒技術(shù)日益得到重視，但至今人們對(duì)