醇基燃料及其燃烧技术研究(20170518)

■ ■ ■汽化燃烧技术为各类高效率、低污染的醇基燃料燃烧器 的发展奠定了基础。
喷雾形成
蒸发
着火
燃烧
醇基燃料燃烧
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
气控式醇基液体燃料汽化燃烧装置
■ ■ ■醇基燃料从燃料箱流出→进入多级汽化器→经预热、 汽化、过热后→高温燃气。 ■ ■ ■高温燃气：①小部分以一次燃料的方式进入辅助汽化 燃烧器燃烧，为多级汽化器汽化醇基燃料和预热空气提供所需 热量；②大部分以二次燃料的方式进入主汽化燃烧器，与一次 燃料燃烧后的烟气混合燃烧。 ■ ■ ■通过调整一、二次燃料的比例进行火力调节。因控气 开关调节燃料总量较小，故该装置适合用于小型灶具(热效率可 达61%)。
醇基燃料燃烧
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Part1 醇基燃料基础
甲醇产能分析
■ ■ ■到2015年底，我国甲醇产能达到7454万吨(比2010年增 长86.3%)。
■ ■ ■到2020年，预计我国甲醇需求量约为8683万吨，其中 国产甲醇约占90％。
■ ■ ■按照80％的产能发挥率计算，到2020年甲醇产能应达 到9868万吨。
醇基燃料及其燃烧技术研究
湖南大学 教授/博导 鄂加强
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☞ Content :
Part1 醇基燃料基础 Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状 Part3 醇基燃料应用
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Part1 醇基燃料基础
■ ■ ■以醇类(如甲醇、乙醇、丁 醇等)物质为主体配置的燃料。 ■ ■ ■以液体或者固体形式存在 的。 ■ ■ ■是一种生物质能，和核能、 太阳能、风力能、水力能一样，是 目前大力推广的环保洁净能源。 ■ ■ ■面对石化能源的枯竭，醇 基燃料是最有潜力的新型替代能源。
Part1 醇基燃料基础
优势3
经济性
■ ■ ■目前新型环保醇基水性燃料市场价格约为4000元/吨， 价格优势明显。
■ ■ ■随着高温气化合成技术的完善，以及低温低压法和液相 法生产燃料技术日臻完善，其工艺流程将得到简化，燃料的生产 成本还会逐渐降低。
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Part1 醇基燃料基础
优势4
Part3 醇基燃料应用
O2质量分数分布
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Part3 醇基燃料应用
温度分布
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Part3 醇基燃料应用
2.5x10-4
0.16
mass fraction of NOx mass fraction of CO
2.0x10-4
0.15
1.5x10-4
3 4
0.14 ■ ■ ■ NOx的质量分数 随过量空气系数的增加
■ ■ ■醇基燃料是一种非常清洁的燃料 ①醇基燃料本身含氧，燃烧时需氧较少，燃料燃烧充分，
呈蓝色火焰，烟气中不含有碳粒，主要为二氧化碳和水；② 醇基燃料硫含量极低，燃料燃烧后烟气中硫化物生成浓度也 极低，醇基燃料是仅次于氢气的最清洁的燃料之一，③未燃 尽的醇基燃料气体对眼睛有强烈的刺激作用，并可使人致盲。 ■ ■ ■醇基燃料适应面广
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
空气
预热空气
主汽化燃烧器
燃料控制装置
多
级
汽
化
辅助汽化燃烧器
器
燃料箱
气控式液体燃料汽化燃烧装置工作流程图
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
液控式醇基液体燃料汽化燃烧装置 ■ ■ ■醇基液体燃料从燃料箱流出→燃料控制装置→进入多 级汽化器中(一次燃料燃烧及收炉膛余热的热量)→经预热、汽 化、过热成为高温燃气。
■ ■ ■理化特性表明，醇基燃料适合采用汽化燃烧技术进行燃 烧。
■ ■ ■需先“汽态化”，才能实现高效低污染燃烧。
■ ■ ■汽化燃烧技术，就是通过分离醇基燃料燃烧的蒸发过程 与燃烧过程，使得燃料在燃烧前得以气体状态与燃烧空气均匀混 合，实现醇基燃料的纯气相燃烧，燃料完全燃烧的同时，能够明 显减少有害物的排放；
■ ■ ■ 我国甲醇行业存在部分不具备竞争力的落后产能，预 计到2020年落后产能退出约600万吨，综合甲醇主要下游产品需 求分析，我国甲醇新增产能需控制在2800万吨以内。
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Part1 醇基燃料基础
■ ■ ■醇基燃料成分复杂
①醇基燃料是一种以甲醇为主，混合有乙醇、丙醇等多元 醇类和烷烃的液体燃料；②其闪点为7℃，属于中闪点液体燃料 (-18~23℃)；③沸点范围为64.7~200℃；④自燃温度为436℃。 ■ ■ ■醇基燃料能量密度较低，蒸发潜热大
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
结构特点：
■ ■ ■燃料箱始终保持常温常压，气化燃烧部分与外界连通， 安全隐患少；
■ ■ ■不需另加预热油料，采用电子脉冲点火，操作方法与 普通燃烧器无异；
■ ■ ■点火和调节火力只需一个阀门，火力可在微小火焰和 额定燃烧功率间进行无级调节；
■ ■ ■燃料被加热成为高温燃气，并采用了二次燃烧技术， 燃料热效率高，敞开式燃烧时热效率高达55 %以上； ■ ■ ■气化完全，可完全燃烧，对环境污染小(在已进行的烟 气测试中，有机物HC的含量为零、NOX浓度仅为4 mg/m3、 CO浓度为0.02%)。
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
打气加压式燃烧器 ■ ■ ■特点是要打气加压，有的采取位差式加压，有的采用 钢瓶打气式，或采用灶上打气式。 ■ ■ ■存在问题 ①结构复杂，操作麻烦。由于高压供气，燃烧器中阀门和接头 过多，有时会造成泄漏，不够安全； ②横管气化使整个气化器处于过热状态，易引起汽液混流。
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
空气
预热空气
主汽化燃烧器
燃料箱
辅助汽化燃烧器
多级汽化器
燃料控制装置
液控式液体燃料汽化燃烧装置工作流程图
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
液面直燃式燃烧器 ■ ■ ■为最早的醇基液体燃烧器，与简易乙醇炉相近，即将 一定数量的醇基燃料直接注入炉灶的小型容器中，燃烧和气化 在液面同时进行。 ■ ■ ■主要缺点 ①燃烧温度低，醇基燃料燃烧不完全，热效率低； ②产生大量的有害气体，污染环境，浪费能源。
醇基燃料燃烧器三维网格模型
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Part3 醇基燃料应用
α=0.7时醇基燃料燃烧器燃烧区域仿真结果
CH3OH质量分数分布
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Part3 醇基燃料应用
CO质量分数分布
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Part3 醇基燃料应用
NOx质量分数分布
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Part3 醇基燃料应用
①醇基燃料的热值一般在20100~26000kJ/kg之间，是柴油、 液化气等高热值燃料热值的60%左右，属于低热值液体燃料， ②醇基燃料能和水以任何比例相互溶解，但不与水形成共沸混 合物，含水燃料的热值将更低。③蒸发潜热为1130kJ/kg，是汽 油的4倍多。
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Part1 醇基燃料基础
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Part1 醇基燃料基础
优势5
安全性
■ ■ ■对人体无毒； ■ ■ ■储存方便(铁桶、塑胶桶均可存放)； ■ ■ ■具有较高的抗爆性能； ■ ■ ■燃点也较高，不容易发生火灾事故； ■ ■ ■闪点为20℃，用水即灭； ■ ■ ■比使用石油类燃料、天然气燃料及城市燃气类燃料安全。
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Part3 醇基燃料应用
■ ■ ■醇基燃料燃烧器是一个 规则的圆柱体燃烧器。
■ ■ ■空气从圆锥面首先喷射 到燃烧区域，然后醇基燃料经中 间圆柱台气化后，从圆柱台四周 小孔射入燃烧区域，进行燃烧。
■ ■ ■醇基燃料燃烧器可以在 较短的时间内，达到稳态燃烧。
醇基燃料燃烧器三维CAD模型
O2质量分数分布
实事求是 敢为人先
Part3 醇基燃料应用
温度分布
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Part3 醇基燃料应用
α=1.1时醇基燃料燃烧器燃烧区域仿真结果
CH3OH质量分数分布
实事求是 敢为人先
Part3 醇基燃料应用
CO质量分数分布
实事求是 敢为人先
Part3 醇基燃料应用
NOx质量分数分布
实事求是 敢为人先
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Part2 醇基燃料燃烧技术研究现状
气体燃料加压式燃烧器 采用竖管气化器 特点：①不打气加压,低压供液；②在气化器里气液不混流, 热量从上往下传递,逐步增大气化接触面；③燃烧器管路减少, 只有气阀和液阀,减少了泄漏隐患,提高了安全性。 存在问题：①由于低压供液，火力逐渐增强，若气化不足， 燃烧不稳定，有喘气现象；②燃烧器调整较困难；③热效率低， 对燃料质量要求较高，否则燃烧器气化不好。
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Part1 醇基燃料基础
优势2
热效性
■ ■ ■新型环保醇基水性燃料热效能高，且能完全燃烧。
■ ■ ■汽化潜热是汽油的4倍左右
混合燃料蒸发汽化：①可使进气温度进一步降低；②增加 充气量；③提高充气效率，燃烧速度快，改善燃烧后灶具灶头 的热循环条件；④可显著提高燃烧效率。
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1 1.0x10-4

0.13 而减小；
2 5.0x10-5
0.12
■ ■ ■ CO的质量分数
0.11
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
在 过 量 空 气 系 数 α=1.1
a
时 ， CO 的 质 量 分 数 最 低 。
1-实测NOx质量分数；2-仿真NOx质量分数； 3-实测CO质量分数；4-仿真CO质量分数；