mild燃烧的进展和发展趋势.doc

中国科学: 技术科学 2011 年 第 41 卷 第 2 期: 135 ~ 149 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINAPRESS 论 文 MILD 燃烧的必威体育精装版进展和发展趋势 ①*, DALLY B B 李鹏飞①, 米建春 ②, 王飞飞①, 王林③, 柳朝晖③, 陈胜③, 郑楚光 ③ ① 北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室, 北京 100871; ② 阿德莱德大学机械工程学院, 南澳州 5005, 澳大利亚; ③ 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室, 武汉 430074 * E-mail: jcmi@ 收稿日期: 2010-06-22; 接受日期: 2010-11-26 国家自然科学基金(批准号:和煤燃烧国家重点实验室开放基金(批准号: FSKLCC0801)资助项目 摘要 MILD 燃烧技术同时实现了极低的 NOx 排放和高的燃烧热利用效率, 被国际燃烧界 关键词 高温空气燃烧 誉为 21 世纪最有发展前景的燃烧技术之一. 然而, 由于对 MILD 燃烧的基础研究不深入, 目 前普遍存在实现 MILD 燃烧需高温预热空气的误解, 这制约了该技术的进一步应用. 基于笔 者对 MILD 燃烧的必威体育精装版研究和理解, 现已初步建立 MILD 燃烧的一些基本条件, 展示了无需 对现有工业系统进行过多改动就即可实现该技术的前景, 确认了将该技术拓宽到多种燃料 ( ) ( ) 包括气体、液体和固体燃料 、各种燃烧方式 包括扩散燃烧、部分预混燃烧和完全预混燃烧 和多种燃烧应用领域( 如燃气轮机、电站锅炉、供热锅炉、内燃机、各种工业加热炉和各种 民用燃烧器) . MILD 的可能性 本文简要地综述了国内外 燃烧的发展历史、研究现状和发展趋 势, MILD . 给出了利用 燃烧技术进一步发展高效低污染燃烧系统的建议 无焰氧化 无焰燃烧 氧燃料燃烧 20 世纪后几十年, 虽然众多学者在高效低污染 温度过低而导致燃烧效率不高的问题. 本文讨论的 燃烧技术方面开展了大量研究, 提出了很多新型燃 MILD (Moderate Intense Low Oxygen Dilution, MILD)燃 烧方式和燃烧理念, 但现有燃烧系统仍难以同时满 烧却能同时很好地实现上述高效与低污染的要求. 足高效率与低污染的要求. 例如, 旋流燃烧器[1]和富 另外, 重型燃气轮机燃烧室采用 DLN 燃烧技术, 也 氧燃烧器的应用虽然提高了火焰温度、燃烧强度与 可达到 1 位数 NOx 的近零排放和高的燃烧效率, 也同 火焰稳定性, 却造成了大量污染物排放(如 NOx); 又 如, 火焰冷却技术[2](flame cooling), 虽降低了火焰温 时实现了高效和低污染的要求. MILD 燃烧是低氧稀释条件下的一种温和燃烧 度, 却极易引起燃烧不稳定性问题, 导致燃料的不完 模式[2,4~6]. 在炉内实现该燃烧(特别烧燃气和轻油)时, 全燃烧, 因而产生大量的 CO; 再如分级燃烧, 通过 整个炉膛透亮, 无局部高温火焰存在[6], 故又称之为“无 分别营造富燃与富氧两个燃烧区域降低 NOx 排放, 焰燃烧”(Flameless Combustion)或“无焰氧化”(Flameless 却也降低了燃烧强度并因此在某些条件下降低了燃 Oxidation, FLOX)[2]. 由于实现该燃烧目前还需将燃 烧效率; 而流化床燃烧技术[3], 虽具有适应各种固体 烧空气高温预热到 1000?C 以上, 因此亦常被定义为 劣质燃料及 NOx 排放少的优点, 但也无法克服燃烧 “高温空气燃烧”(High Temperature Air Combustion, 英文版发表信息: Li P F, Mi J C, Dally B B, et al. Progress and recent trend in MILD combustion. Sci China Tech Sci, 2011, 54: 255?269, doi: 10.1007/s11431-010-4257-0 李鹏飞等: MILD 燃烧的必威体育精装版进展和发展趋势 HiTAC)[5, 6]. 该燃烧亦有其他称谓, 如“低温燃烧”(Low- 到 90 m/s 时, 燃烧的火焰锋面消失. 当在场人员以为 temperature Combustion). 严格地讲, 上述不同名称 反应已经停止时, 却发现此时烟气中的 O2 浓度很低, 的原始定义范畴不完全一样[4], 但笔者认为: MILD 为正常燃烧反应后的浓度. 这说明虽然火焰锋面不 这个名称较准确地反映了该燃烧的本质, 也是目前 可见, 但燃烧反应仍在进行. 重要的是, 系统的 NOx 国际燃烧界较一致认可的名称. 目