成型和灼烧温度对垃圾衍生燃料灰渣理化特性的影响

以生活垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)为研究对象,通过挤压成型的RDF与非成型的RDF在600~1 100℃条件下灼烧,所产生的灰渣进行质量、粒径、化学成分等特性进行分析,探索RDF灰渣随温度变化的规律以及潜在的应用价值。研究结果表明,在1 000℃以下,RDF灰渣随着温度提高,灰分组分发生分解反应,主要是残余有机物、碳酸盐、硫酸盐的分解,灰渣粒径减小;当温度升至1 000℃以上,灰分组分发生化合反应,生成产物以复合硅酸盐为主,灰渣粒径增大甚至结块;灰渣在化学反应过程中,非金属元素C,Cl,S转化为气体化合物逸出主体,使灰渣质量减小;成型RDF灰渣晶体含量比非成型RDF高;成型RDF灰渣粒径比非成型RDF灰渣大。     

新型菊芋秸秆-烟煤混合固体燃料添加剂的选择与燃烧性能分析

在研制新型菊芋秸秆-烟煤混合固体燃料的基础上,筛选不同添加剂[MgCO3、CaCO_3、Al2O_3、Al_2Si_2O_5(OH)_5]优化燃料,以提高生物质混合固体燃料的燃烧性能。将四种添加剂以3%比例(质量比)与菊芋秸秆-烟煤混合固体燃料混合,比较了不同添加剂对混合固体燃料的灰分、结渣率、放热量、烟黑、灰熔点、烟气成分等的影响。结果表明:四种添加剂对酸性气体有明显的吸附作用,且能有效降低混合固体燃料的结渣率,其中CaCO_3添加剂使混合固体燃料的灰分含量、烟黑的林格曼指数下降最为明显。这表明,CaCO_3添加剂能有效缓解混合固体燃料中的灰分、烟黑、酸性气体的生成,提高其燃烧性能,是一种较为理想的新型菊芋秸秆-烟煤混合固体燃料添加剂。     

射流控制压缩着火发动机不同负荷下燃烧及排放特性

针对柴油预混合气着火相位难以直接控制的问题,提出射流控制压缩着火(jet controlled compression ignition,JCCI)方式。将一台单缸农用柴油机改造为JCCI发动机:压缩比降至12,增加一个带液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)供给通道和火花塞的点火室,并进行了JCCI发动机全负荷特性试验研究。试验结果表明:采用射流控制压缩着火方式可以有效控制发动机的燃烧相位和排放。在平均有效压力低于0.44 MPa的工况范围,NOx排放比原机降低较多,燃烧始点相位CA10与滞燃期几乎不随负荷增加而改变;在平均有效压力高于0.44直至0.54 MPa负荷范围内,燃烧始点相位迅速前移,滞燃期迅速减小,柴油提前自燃,射流对着火相位控制作用减弱,NOx排放迅速增加并超过原机;在全负荷范围,烟度始终维持在低水平,HC和CO排放较高。该研究可为柴油预混合燃烧着火相位控制提供参考。     

点燃式发动机燃烧稳定性的非线性动力学分析

为了揭示点燃式发动机燃用汽油、液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)和压缩天然气(compressed natural gas,CNG)时,循环变动的动力学本质。采用非线性动力学的方法,围绕燃烧过程的稳定性开展了研究。分析了最大爆发压力的循环变动系数,对缸内压力的时间序列进行了3维相空间的重构,采用庞加莱截面法简化了重构的相空间轨迹,分析了平均有效压力(indicated mean effective pressure,IMEP)的循环变动规律,围绕返回映射开展了研究。结果表明,缸内压力的相空间轨迹具有一定的混沌特性,燃烧初始阶段结构相对紧密;燃用汽油时,轨迹分布密集,燃用LPG和CNG时,轨迹逐渐发散,燃烧稳定性下降;庞加莱映射降低了相空间结构的复杂性,LPG和CNG燃烧时散点发散,燃烧参数随机性增强;汽油燃烧时,平均指示压力的循环变动较小,LPG和CNG燃烧时,循环变动逐渐增大,燃烧随机性增强。发动机燃烧过程具有混沌特性,燃用LPG和CNG时稳定性下降。通过论文的研究揭示了点燃式发动机燃烧过程循环变动的产生原因,为改善发动机的燃烧稳定性提供了理论依据。     

喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。     

柴油喷雾燃烧火焰内部碳烟采集与分析

为研究碳烟颗粒在柴油喷雾火焰内部的演变规律,在可视化定容弹喷雾燃烧系统中增加一种基于热泳原理的碳烟颗粒采集装置,获得了喷雾燃烧火焰内部的碳烟颗粒样本,并在高倍透射电镜下获得样本中不同尺度的碳烟形态图像。根据图像中碳烟宏观和微观形态结构特征分析了碳烟生成、聚合等演变历程。通过自行开发的图像处理程序,分析得到碳烟颗粒尺寸参数随喷射距离的变化特征。研究表明,该方法实现柴油机缸内高温高压特征环境下碳烟颗粒的采集与高倍电镜分析技术的有机结合,有效获取柴油喷雾火焰内部碳烟颗粒微观信息,为减少柴油机碳烟排放提供了重要研究手段和基础研究信息。     

催化微燃烧室内氢气和氧气预混合燃烧特性

针对带催化的微燃烧室内部氢氧预混合燃烧过程,利用CFD计算软件建立模型进行数值模拟,在实验验证的基础上改变入口参数,分析了表面反应与气相反应的相互作用以及催化反应对火焰吹熄极限的影响。结果表明,表面反应对气相反应中间产物的消耗会使气相反应强度减弱;在催化剂表面附近的反应以表面反应为主,在远离催化剂表面的反应以气相反应为主。催化剂的添加能够极大地拓宽火焰吹熄极限,在当量比为1.0时,催化燃烧室和无催化燃烧室的吹熄极限分别为46、22 m/s。在当量比为1.0时,表面反应强度最高,此时燃烧室出口截面温度最高。     

Seasonal dynamics of bioenergy characteristics in grassland functional groups

Semi‐natural grasslands (SNG) are considered as bioenergy resources, either for combustion or for biogas production. To provide information on the seasonal (June–August) dynamics of herbage quantity and chemical composition, we studied the effects of factors on the proportions of four plant functional groups, chemical composition and total biomass yield at twelve sites representing three Estonian SNG types. Biomass yield increased only in alluvial meadows with the largest contribution of sedges/rushes (39%). Grasses dominated in dry‐to‐mesic meadows (62%) and other forbs in wooded meadows (55%). Concentration of fibre was highest in grasses and sedges/rushes (682 and 645 g NDF kg^?1), and lignin was highest in legumes and other forbs (103 and 113 g kg^?1). Legumes contained more C and N (447 and 25 g kg^?1) and grasses more Cl (1 g kg^?1). The highest concentrations of Mg, K and ash were in other forbs (4, 18 and 80 g kg^?1), and Ca in legumes (16 g kg^?1). The results are discussed in the context of suitability of different functional groups and SNG types for bioenergy conversion. Grasses and sedge‐/rush‐rich biomass are considered suitable for methane production. Biomass harvesting in July and minimizing the problems with N and Cl during combustion need to be considered. Forb‐rich biomass should be pre‐treated before direct combustion.     

影响能源植物产量和燃烧质量的农田管理因素

随着经济的快速发展,化石燃料短缺日益成为困扰国际社会的重大问题。开发利用生物质能源植物是解决能源危机的有效途径之一。能源植物的产量和燃烧质量是决定其能量产出的关键;然而,国内尚未见有关能源植物生产影响因素的系统分析和报道。该文在分析生物质能源植物的特性、类型和燃烧质量的基础上,结合近年来国内外能源植物的相关研究,重点讨论了水分、养分和收获时间等农田生产措施对能源植物产量和燃烧质量的影响,以期为中国生物质能源植物的生产管理提供参考。     

Numerical simulation of the influences of catalytic wall on methane combustion characteristics in micro combustor

In order to study the effects of different catalytic walls on combustion characteristics, the premixed catalytic combustion characteristics of methane/air in micro combustor are studied. It lays the foundation for the combustion technology of hydrocarbon fuel in micro engine. Numerical simulation of flow and catalytic combustion in micro combustor was done by using laminar finite rate and second order upwind discretization methods. The results show that when wall temperature,CH4/O2 mole ratio and methane mass flow rate change, the influence of lower catalytic wall on the methane catalytic combustion efficiency is biggest, followed by side catalytic wall, the smallest is upper catalytic wall. The methane catalytic combustion efficiency unit area of lower catalytic wall is about three times of that of upper catalytic wall. The utilization of catalyst on lower catalytic wall is maximal . Therefore, when coating catalyst, the quantity of katalyst on lower catalytic wall should be appropriate more, moderate on the side catalytic wall, as little as possible on the upper catalytic wall. The influence disciplinarian and contribution rate of different catalytic wall on methane combustion have been gained. The optimized strategy of catalyst coating was put forward and reduced the cost of catalytic combustion.