工业锅炉天然气超低氮扩散燃烧不稳定性机理研究

众所周知，氮氧化物NOX对环境和人体的危害极大。2015年，北京市率先颁布了《锅炉大气污染物排放标准》DB11/139-2015，要求新建燃气锅炉NOX排放浓度在30mg/Nm3以下；2016年和2018年天津市和上海市相继颁布地方标准，分别要求燃气锅炉NOX排放浓度在80和50mg/Nm3以下。在超低氮燃烧器运行调试过程中经常出现燃烧不稳定现象，不仅燃烧噪音大，火焰熄灭，而且引起锅炉剧烈振动，严重影响了锅炉运行安全和锅炉使用寿命。因此，急需尽快开展燃气锅炉超低氮燃烧不稳定性机理研究。

为降低NOX生成量，所采取的深度分级燃烧措施使火焰局部当量比接近于贫燃熄火极限，经常出现热释放率波动幅度加大，频率降低，而火焰温度、组分的波动又进一步引起助燃空气、燃气输送量等的变化，当与燃烧室或燃烧器等的固有频率形成共振作用后，即满足瑞利准则后就极易发生燃烧振荡现象。上述现象的定量分析研究涉及流体动力学、火焰动力学以及声学等基础理论，相比传统燃烧学科领域的研究更加复杂，学科跨度大，难点多。目前，尽管已有较多的贫燃预混燃烧稳定性研究成果和部分扩散燃烧稳定性研究成果，但关于深度分级扩散燃烧器结构参数、运行参数以及烟气再循环导致的燃烧不稳定性问题的定量研究很少。

本项目拟从燃烧过程的微观层面，分析深度分级燃烧、烟气再循环对燃烧流场的局部当量比、火焰温度、燃烧反应速度等分布的影响规律，进而探索燃烧热释放率波动的特征参数，结合声学理论，分析燃烧室、燃烧器等的固有频率，从而建立超低氮扩散燃烧不稳定性的理论分析模型，并开展定量分析研究；通过实验，测试分析典型扩散燃烧结构及运行参数、烟气再循环率及混合均匀性等因素对燃烧不稳定性的影响规律；解决降低氮氧化物的措施与由此诱发的燃烧不稳定现象之间的矛盾。本项目研究成果将为燃气锅炉天然气超低氮扩散燃烧器及燃烧室的设计与运行提供理论指导。

•国家自然科学基金——工业锅炉天然气超低氮扩散燃烧不稳定性机理研究（51976140）

•上海市科委——微小型燃气轮机常压燃烧模化实验系统开发（20DZ1204902）

•国家重点研发计划重点专项“高耗能特种设备能效检测与评价关键技术研究”——典型工业蒸汽系统能效评价关键技术研究（2017YFF0209805）、燃气锅炉能效检测监测关键技术及设备研究（2017YFF0209801）

•国家重点基础研究发展计划（973课题）——天然气与可再生能源的融合以及复杂能源网络系统的稳定性研究（2014CB249201）

•国家科技支撑计划子课题——多种可再生能源耦合供能关键技术研究与集成示范（2014BAJ01B06）

•上海市科委——兆瓦级燃气轮机燃烧室设计和低排放关键技术研究（18DZ1202003）

•美的集团——燃气热水器热声振荡关键影响因素分析及设计与运行优化

•美的集团——燃气热水器低氮燃烧技术研究

•贵州茅台酒股份有限公司——基于流场解析的酱香型白酒传统冷却系统机理及性能研究

•贵州茅台酒股份有限公司——茅台酒蒸煮取酒过程传热机理解析及应用研究

•东方电气自动控制工程有限公司——酱香型白酒蒸煮取酒过程蒸汽参数分析及传热机理研究

•东方电气启能（深圳）科技有限公司——酒企节能降碳关键技术研究及余热利用设备研制

•东方电气自动控制工程有限公司——高背压增湿过程数值模拟研究

•上海电气燃气轮机有限公司——大F新型隔热瓦寻优设计开发及冷效试验验证

•上海电气燃气轮机有限公司——小F新型金属瓦块热震及冷效试验验证

•上海电气燃气轮机有限公司——小F燃气轮机燃烧室隔热瓦块热震及冷效试验验证

•上海电气燃气轮机有限公司——燃烧室隔热系统冷效试验验证

•新奥-同济清洁能源高等研究院——低品位余热发电系统的若干关键技术研究

•上海泛智能源装备有限公司项目——100kW微燃机内燃烧过程数值模拟研究

•国家市场监督管理总局（特种设备安全监察局）（tsj202002）——高效低氮燃烧条件下燃气锅炉运行不稳定影响因素研究

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现担任中国动力工程学会理事、锅炉专委会委员，中国高等教育学会工程热物理专业委员会理事，上海工程热物理学会理事。上海电力大学机械工业清洁发电环保技术重点实验室学术委员会委员。《热能动力工程》、《工业加热》、《锅炉技术》、《工业锅炉》的编委。 

编写教材：主编《传热学》（第七版），中国建筑工业出版社，参编《工程热力学》（第七版），中国建筑工业出版社