基于WSR 反應(yīng)器不同稀釋介質(zhì)條件下MILD 燃燒分區(qū)特性研究

欒聰聰，涂垚杰，謝逸豪，劉 豪

(華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

2015 年北京市發(fā)布新鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：2017 年4 月1 日后，在用鍋爐氮氧化物排放濃度限值為80 mg/m3，新建鍋爐氮氧化物排放濃度限值為30 mg/m3.MILD(moderate or intense low oxygen dilution)燃燒是溫和的、低氧稀釋條件下的一種燃燒模式，因其具有均勻的溫度分布、良好的燃燒穩(wěn)定性、非常高的燃燒效率以及極低的NOx排放等特點(diǎn)[1-2]，被國際燃燒界譽(yù)為21 世紀(jì)最具發(fā)展前途的新型燃燒技術(shù)之一.

Wünning 等[3]根據(jù)CH4在FLOX(flameless oxidation)燃燒器中爐膛溫度和內(nèi)部卷吸率的關(guān)系將燃燒分為 4 個(gè)區(qū)域：traditional combustion(TC)、unsteady combustion(USC)、flameless oxidation combustion(FLOX)、NO reaction(NR)，當(dāng)爐膛溫度高于自燃溫度且內(nèi)部煙氣卷吸率 Kv＞3 時(shí)才可發(fā)生FLOX 燃燒.然而Kv并不容易通過實(shí)驗(yàn)測得，考慮Kv和氧氣濃度關(guān)系，Rao 和Levy[4]通過實(shí)驗(yàn)建立初始溫度和氧濃度的燃燒分區(qū)圖，其中FLOX 燃燒發(fā)生在初始溫度高于自燃溫度且氧濃度小于12%的區(qū)域.Katsuki 和Hasegawa[5]通過預(yù)熱空氣至Tair＞Tsi，研究了C3H8在空氣中的自燃溫度和熄火溫度極限，將燃燒分為HiTAC(high temperature air combustion)、TC、NR 3 個(gè)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)在各氧濃度下只要空氣預(yù)熱至較高溫度就可發(fā)生HiTAC.Tsuji 等[6]深入研究HiTAC 技術(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)降低空氣中氧濃度時(shí)，C3H8燃燒的火焰逐漸變?yōu)樗{(lán)色，表明火焰溫度相對(duì)降低，這種燃燒模式和FLOX 的燃燒特征相似，也被之后的Gupta 研究團(tuán)隊(duì)稱作無焰燃燒(colorless distributed combustion)[7].此外，HiTAC 通常應(yīng)用于回收廢氣中熱量的再生燃燒器系統(tǒng)(regenerative burner system，RBS)[8-9]，同時(shí)RBS 系統(tǒng)通過高速空氣射流給爐膛創(chuàng)造煙氣卷吸環(huán)境，這樣在實(shí)際應(yīng)用中HiTAC 的燃燒特性將會(huì)和FLOX 燃燒特性很接近.Cavaliere 和de Joannon[10]分析了FLOX 和HiTAC 燃燒特性，將這些燃燒定義為MILD 燃燒.

Cavaliere 等[10]對(duì)MILD 燃燒定義是：混合反應(yīng)物的進(jìn)口溫度(Tin)高于自燃點(diǎn)溫度(Tsi)，燃燒過程中相對(duì)于進(jìn)口溫度下的最大溫升(ΔT＝Tmax-Tin)低于自燃點(diǎn)溫度，也就是：Tin＞Tsi，ΔT＜Tsi.Wang等[11-12]根據(jù)此定義利用WSR 模型通過改變反應(yīng)物的稀釋率、當(dāng)量比和燃料進(jìn)口溫度做出了燃燒分區(qū)圖，即根據(jù)不同的條件把燃燒分為傳統(tǒng)燃燒區(qū)、MILD 燃燒區(qū)、準(zhǔn)MILD 燃燒區(qū)和高溫燃燒區(qū)，研究表明在高氧濃度下只要預(yù)熱溫度足夠高就能達(dá)到MILD 燃燒條件.然而，MILD 燃燒是降低NOx排放的新燃燒技術(shù)，而熱力型NOx對(duì)高溫極為敏感，雖然在高氧濃度下提升預(yù)熱溫度可降低溫升并達(dá)到MILD 燃燒條件，但必然導(dǎo)致NOx的大量生成，顯然與MILD 燃燒低NOx排放特性不符，因此明確MILD 燃燒分區(qū)預(yù)熱溫度上限顯得尤為重要，但如今的研究卻并未考慮過這一問題.

此外，Oxy-steam 和Oxy-fuel 燃燒技術(shù)能進(jìn)一步降低NOx的排放，因?yàn)镠2O 和CO2的物理化學(xué)性質(zhì)都與N2有顯著差異.H2O 和CO2的化學(xué)活性比N2高，同時(shí)O2分子在不同介質(zhì)下的擴(kuò)散速率也有所不同.因此，當(dāng)氧化劑中含有H2O 和CO2時(shí)，燃料燃燒特性及分區(qū)也會(huì)有所改變，而當(dāng)前H2O 和CO2對(duì)燃燒分區(qū)的影響研究較少.因此，本文首先考慮NO 排放問題確定預(yù)熱溫度上限，進(jìn)一步明確CH4在O2/N2中的MILD 燃燒區(qū)；其次，考慮不同當(dāng)量比和稀釋介質(zhì)(H2O、CO2)對(duì)CH4在WSR 反應(yīng)器中燃燒特性和分區(qū)的影響.

1 化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法

采用CHEMKIN PRO 軟件[13]中WSR 反應(yīng)器模型，該模型是零維反應(yīng)器，不考慮湍流和擴(kuò)散作用，燃料可進(jìn)行均相絕熱燃燒.該模型可保證反應(yīng)物與產(chǎn)物完全混合，已廣泛應(yīng)用于火焰穩(wěn)定性分析、NOx生成機(jī)理、燃燒分區(qū)等方面[14-16].圖1 給出了該模型結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)進(jìn)口溫度高于燃料自燃點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)燃料會(huì)劇烈燃燒.反應(yīng)機(jī)理采用GRI-Mech3.0 機(jī)理[17]，該機(jī)理被廣泛地應(yīng)用于預(yù)測CH4、CO、H2氣體燃料燃燒等燃燒特性[14-16,18-19]，并得到很好的驗(yàn)證.模擬工況在p＝0.1 MPa，停留時(shí)間τ＝1.0 s 下進(jìn)行以保證燃料在反應(yīng)器中充分燃燒，首先考慮NO 排放確定溫度上限，重構(gòu)CH4在O2/N2中Φ 為0.6、1.0、1.4 的MILD 燃燒分區(qū)圖；其次由于H2O 和CO2的物理化學(xué)性質(zhì)有很大差異，而稀釋介質(zhì)對(duì)MILD燃燒分區(qū)影響的研究較少，故本文研究了H2O 和CO2對(duì)CH4在WSR 反應(yīng)器中燃燒特性和分區(qū)的影響，研究工況如表1 所示.

圖1 WSR模型示意Fig.1 Schematic of well-stirred reactor(WSR)

表1 氧化劑各組分體積比Tab.1 Molar fractions of species in the oxidant

2 燃燒分區(qū)劃分方法

根據(jù)MILD 燃燒定義，Tsi和Tex是CH4燃燒分區(qū)的關(guān)鍵因素，圖2(a)給出了不同氧濃度下，反應(yīng)器內(nèi)溫度(TWSR)隨進(jìn)口溫度(Tin)在400～2 000 K 變化的曲線，即“S”曲線[20].曲線中上下兩折點(diǎn)分別代表劇烈燃燒和緩慢氧化狀態(tài)，所對(duì)應(yīng)的溫度就是甲烷的自燃溫度(Tsi)和熄火溫度(Tex)，兩狀態(tài)之間的部分是不穩(wěn)定燃燒區(qū)域的趨勢.當(dāng)Tin＜Tsi時(shí)，未發(fā)生燃燒，反應(yīng)器溫度和入口溫度相同；Tin＞Tsi時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)溫度急劇上升，并隨進(jìn)口溫度的升高而升高.由圖2(a)知CH4自燃溫度(Tsi)和熄火溫度(Tex)都隨氧氣濃度升高而降低，相對(duì)于Tsi，Tex對(duì)氧濃度變化更加敏感.同時(shí)，隨氧氣濃度升高反應(yīng)更劇烈，反應(yīng)器內(nèi)溫升也會(huì)升高，但在自燃溫度處的溫升(ΔTsi)最高，繼續(xù)升高進(jìn)口溫度，反應(yīng)器內(nèi)溫升(ΔT)將逐漸降低.這是因?yàn)椋悍磻?yīng)器內(nèi)溫度隨進(jìn)口溫度升高而升高，過高的溫度會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)CO2和H2O 分解成CO 和H2，造成燃燒不完全，產(chǎn)熱減少使得溫升(ΔT)降低；另一方面WSR 反應(yīng)器內(nèi)各種氣體比熱容隨溫度升高而增大，在產(chǎn)熱相同情況下，溫升就會(huì)降低.

圖2(b)給出了氧濃度0～40%范圍內(nèi)的自燃溫度(Tsi)曲線和Tin＝Tsi時(shí)對(duì)應(yīng)的溫升曲線(ΔTsi)，可以發(fā)現(xiàn)存在臨界氧濃度，低于此濃度ΔT＜Tsi，這符合MILD 燃燒的判定條件(Tin＞Tsi及ΔT＜Tsi)；高于此濃度時(shí)ΔT＞Tsi，但圖2(a)表明繼續(xù)升高進(jìn)口溫度會(huì)使ΔT 降低直至降至ΔT＝Tsi即可滿足MILD 燃燒判定條件.這說明：時(shí)，MILD 燃燒不需要高溫條件，當(dāng)時(shí)，必須預(yù)熱至高溫使得ΔT＜Tsi才符合MILD 燃燒條件.

圖2 不同氧濃度下的S 曲線和Tsi及△TsiFig.2 S curves，Tsiand ΔTsiat different oxyen molar fractions

圖3 給出了氧濃度分別為10%、15%和20%時(shí)的反應(yīng)器溫升隨進(jìn)口溫度變化曲線，反應(yīng)器溫升隨進(jìn)口溫度增大而不斷減小，當(dāng)進(jìn)口溫度增加至1 124 K、1 740 K 和1 930 K 時(shí)，對(duì)應(yīng)溫升等于各氧濃度的自燃溫度分別為975 K、947 K 和930 K，繼續(xù)增大進(jìn)口溫度即可滿足MILD 燃燒的ΔT＜Tsi條件.因此本文依據(jù)臨界條件將這兩種滿足MILD 燃燒條件的方式劃分為兩個(gè)區(qū)域，時(shí)，定義該區(qū)域?yàn)槭芟轒ILD 燃燒(conditional MILD combustion，CMC)；時(shí)，定義該區(qū)域?yàn)榻^對(duì)MILD 燃燒(unconditional MILD combustion，UMC).

圖3 不同氧濃度下溫升隨進(jìn)口溫度變化Fig.3 Changes in temperature rise with the variation in inlet temperature at different oxygen molar fractions

圖4 CH4/O2/N2在WSR模型下的燃燒分區(qū)(Φ＝1.0)Fig.4 Combustion regime maps for CH4/O2/N2in the WSR model(Φ＝1.0)

3 CH4在O2/N2氣氛下燃燒分區(qū)的重構(gòu)

由圖4 可知，無論氧濃度高或低，只要預(yù)熱溫度足夠高就可實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒，然而進(jìn)口溫度過高必定導(dǎo)致WSR 反應(yīng)器溫度過高，在溫度達(dá)到2 000 K以上時(shí)，導(dǎo)致大量熱力型NOx生成，而MILD 燃燒的目的不僅是溫度分布均勻，更重要的是實(shí)現(xiàn)低污染排放，這顯然不符合MILD 燃燒目標(biāo).圖5 展示了當(dāng)前國際NO 排放標(biāo)準(zhǔn)150×10-6～180×10-6(O2濃度為3%)[21-22]，而MILD 燃燒技術(shù)可降低NO 排放50%左右，同時(shí)在MILD 燃燒實(shí)驗(yàn)中NO 排放最大值來自Szeg? 等的實(shí)驗(yàn)中接近60×10-6(O2濃度為3%)[23].因此根據(jù)當(dāng)前NO 排放標(biāo)準(zhǔn)、MILD 燃燒實(shí)驗(yàn)NO 排放值并結(jié)合2015 年北京市發(fā)布新的鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：2017 年4 月1 日后，在用鍋爐氮氧化物排放濃度限值為80 mg/m3[21-23]，綜合以上因素，本文以＝100×10-6(O2濃度3%)為標(biāo)準(zhǔn)確定MILD 燃燒溫度上限，同時(shí)，為滿足更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，也給出了 XNO＝60×10-6(O2濃度3%)和XNO＝30×10-6(O2濃度3%)時(shí)的溫度上限.

圖5 當(dāng)前NO排放標(biāo)準(zhǔn)及MILD燃燒實(shí)驗(yàn)NO排放值Fig.5 Current NO emission standard and NO emissions in MILD combustion experiment

圖6(a)給出了氧濃度在0～40%范圍內(nèi)，各氧濃度下滿足MILD 燃燒所需最低進(jìn)口溫度和Tin＝Tsi的NO 排放曲線時(shí)，CMC 區(qū)雖滿足MILD燃燒判定條件，但其NO 排放量顯著增加并遠(yuǎn)超過NO 排放標(biāo)準(zhǔn)；由圖6(b)知時(shí)，存在臨界氧濃度時(shí)NO 生成大于100×10-6；時(shí)存在溫度上限時(shí)，NO 生成大于100×10-6，將這兩種NO 生成大于 100×10-6的區(qū)域同 CMC 區(qū)一起劃分為Pseudo-MILD combustion(PMC)，時(shí)將此區(qū)域劃分為UMC 區(qū).圖7 給出了Φ＝1.0 時(shí)的燃燒分區(qū)圖，添加氧濃度上限后MILD 燃燒將只存在于低氧濃度.各區(qū)域判定條件如表2 所示.

圖6 不同氧濃度下NO排放Fig.6 NO emissions at different oxyen molar fractions

圖7 CH4/O2/N2在WSR模型下的燃燒分區(qū)圖(Φ＝1.0)Fig.7 Combustion regime maps for CH4/O2/N2in the WSR model(Φ＝1.0)

表2 不同燃燒區(qū)判定標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Criteria for different combustion regimes

4 當(dāng)量比對(duì)CH4在O2/N2氣氛中燃燒分區(qū)的影響

圖8 給出了不同進(jìn)口溫度、氧濃度下NO 生成量與當(dāng)量比的關(guān)系，較低氧濃度下，NO 排放在Φ＝1.0左右達(dá)到最大值，這與Zabarnick 等[24]的模擬結(jié)果相同，當(dāng)氧濃度和進(jìn)口溫度增加時(shí)，NO 排放最大值的當(dāng)量比會(huì)減小，CH4實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒需要低氧濃度條件，因此增大或減小當(dāng)量比可有效降低NO 排放，擴(kuò)大MILD 燃燒區(qū).

圖8 CH4/O2/N2在不同氧濃度(2%、4%、8%)、進(jìn)口溫度(1 200 K、1 400 K、1 600 K)下NO 排放與當(dāng)量比的關(guān)系Fig.8 Relationship between NO emissions and equivalence ratio for CH4/O2/N2at different oxygen molar fractions(2%，4%，8%) and different inlet temperatures(1 200 K，1 400 K，1 600 K)

通過分析，圖9 考慮到NO 排放量確定進(jìn)口溫度上限，進(jìn)一步明確了不同當(dāng)量比下(Φ＝0.6，1.0，1.4)CH4/O2/N2在WSR 反應(yīng)器中的燃燒分區(qū)圖，可發(fā)現(xiàn)由于NO 排放原因，Φ＝1.0 時(shí)MILD 燃燒區(qū)將只存在于低氧濃度(小于8.2%)，這表明稀釋氧濃度是MILD 燃燒的重要條件，氧濃度降低會(huì)使NO 生成量大大減小.另一方面，相對(duì)于Φ＝1.0 時(shí)的工況，Φ＝0.6 和Φ＝1.4 時(shí)的Tsi略微降低，NO 排放為100×10-6曲線大幅升高，就使得其UMC 燃燒區(qū)范圍大大增大，能實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒的氧濃度上限和溫度上限增大，Φ為0.6、1.0 和1.4 時(shí)，實(shí)現(xiàn)UMC 燃燒的氧濃度上限分別為14.1%、8.2%、12.7%，由此可見適當(dāng)減小或增大當(dāng)量比可擴(kuò)大UMC 燃燒區(qū)并提高實(shí)現(xiàn)UMC 燃燒的氧濃度上限和進(jìn)口溫度上限

圖9 CH4/O2/N2在不同當(dāng)量比下氧濃度0～40%范圍內(nèi)的燃燒分區(qū)圖Fig.9 Combustion regime maps for CH4/O2/N2at different equivalence ratios and different oxyen molar fractions(0—40%)

5 H2O 和CO2對(duì)CH4在WSR反應(yīng)器中燃燒特性的影響

5.1 H2O 和CO2對(duì)反應(yīng)器溫度和組分影響

筆者對(duì)比了不同稀釋氣氛對(duì)WSR 反應(yīng)器溫度的物理化學(xué)效應(yīng)的差異，化學(xué)惰性組分FN2、FH2O、FCO2分別與N2、H2O、CO2的物理特性相同，而不參與任何化學(xué)反應(yīng).FN2與FH2O、FCO2之間的差異分別表示H2O、CO2的物理效應(yīng)對(duì)反應(yīng)器溫升影響，而FN2與N2、FH2O 與H2O、FCO2與CO2間的差異分別表示N2、H2O、CO2的化學(xué)效應(yīng)對(duì)反應(yīng)器溫升的影響.

圖10 給出了CH4在MILD 燃燒狀態(tài)下(XO2＝4%，T＝1 250 K，τ＝1.0 s)不同當(dāng)量比和不同進(jìn)口溫度下，反應(yīng)器溫升隨稀釋氣氛變化情況，由圖10(a)可知，Tin＝1 250 K 時(shí)在不同當(dāng)量比下，與N2相比，H2O 和CO2的物理效應(yīng)均能降低反應(yīng)器溫升，且CO2物理效應(yīng)降低溫升效果大于H2O 的物理效應(yīng)，因?yàn)樵?T ＝1 250 K 時(shí)，比熱容，在產(chǎn)熱相同情況下，熱容大溫升相應(yīng)減小.H2O 和CO2的物理效應(yīng)對(duì)反應(yīng)器溫升的影響遠(yuǎn)大于化學(xué)效應(yīng)對(duì)溫升影響，物理效應(yīng)在Φ＝1 時(shí)對(duì)溫升影響達(dá)到最大.H2O 的化學(xué)效應(yīng)在T＝1 250 K 時(shí)對(duì)溫升影響不明顯，而CO2的化學(xué)效應(yīng)可降低反應(yīng)器溫升，并在 Φ＝1 時(shí)影響最大.由圖10(b)知，Φ＝1 時(shí)不同進(jìn)口溫度下H2O 和CO2的物理化學(xué)效應(yīng)都會(huì)使反應(yīng)器溫升降低，且隨進(jìn)口溫度不斷升高，H2O 和CO2的物理效應(yīng)對(duì)溫升影響幾乎不變，而化學(xué)效應(yīng)對(duì)溫升的影響卻不斷增大，且CO2化學(xué)效應(yīng)對(duì)溫升影響更大.也就是說在溫度不高情況下，H2O和CO2的物理效應(yīng)是溫升降低的主要來源，在高溫情況下，H2O 和CO2的化學(xué)效應(yīng)可使反應(yīng)器溫升大大降低，甚至高于其物理效應(yīng)對(duì)溫升的影響.圖11展示了在XO2＝4%工況下，CO、NO 濃度隨進(jìn)口溫度的變化情況，相對(duì)N2氣氛，當(dāng)φH2O＝20%時(shí)，CO 和NO 的濃度都大大降低，且都隨進(jìn)口溫度升高而升高，因?yàn)楦邷厍闆r下會(huì)使CO2向CO 轉(zhuǎn)化增強(qiáng).在工況下，NO 濃度都大大降低，而 CO 濃度升高，這是由于稀釋氣氛中存在CO2，增大了CO 濃度.通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)量比下預(yù)熱溫度升高以及H2O、CO2的稀釋氣氛都有利于CH4實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒，且H2O 的稀釋氣氛可降低CO 排放，提高燃料燃盡率.

圖10 不同當(dāng)量比和不同進(jìn)口溫度下H2O，CO2對(duì)反應(yīng)器內(nèi)ΔT 的物理化學(xué)效應(yīng)影響Fig.10 Physical and chemical effects of H2O or CO2on ΔT in the reactor at different equivalence ratios and different inlet temperatures

圖11 不同氣氛下反應(yīng)器內(nèi)CO和NO濃度隨溫度變化Fig.11 Changes in molar fractions of CO and NO with temperature under different diluted atmospheres

5.2 H2O 和CO2對(duì)CH4燃燒分區(qū)的影響

由于H2O 和CO2的稀釋氣氛都可降低反應(yīng)器溫升和NO 濃度，會(huì)對(duì)燃燒分區(qū)產(chǎn)生影響，故本文研究了4 種工況下的Tsi、Tex、ΔT＝Tsi、φNO＝100×10-6(O2濃度為3%)各曲線變化并繪制了不同稀釋氣氛下CH4在WSR 反應(yīng)器中的燃燒分區(qū)圖，見圖12 和13.

由圖12 知，相對(duì)于O2/N2氣氛，在φH2O＝20%和工況下，Tsi均有所降低；在φCO2＝20%工況下，Tsi變化不明顯.在三種工況下，Tex均增大，ΔT＝Tsi的進(jìn)口溫度均降低，φNO＝100×10-6(O2濃度為3%)的進(jìn)口溫度均升高，且φH2O＝10%、φCO2＝10%的幾條曲線均處于φH2O＝20%和φCO2＝20%的曲線之間.由此可見：H2O 對(duì)Tsi的影響大于CO2對(duì)其影響，可降低Tsi；H2O 和CO2可提高Tex，且CO2對(duì)Tex影響更大；在φCO2＝20%工況下ΔT＝Tsi的進(jìn)口溫度低于φH2O＝20%時(shí)ΔT＝Tsi的進(jìn)口溫度；在φCO2＝20%工況下φNO＝100×10-6(O2濃度為3%)的進(jìn)口溫度高于φH2O＝20%時(shí)φNO＝100×10-6(O2濃度為3%)的進(jìn)口溫度.

圖12 不同氣氛下各曲線的變化情況Fig.12 Tendency of each curve under different diluted atmospheres

圖13 不同氣氛下的CH4燃燒分區(qū)圖Fig.13 Combustion regime maps of CH4under different diluted atmospheres

圖13 給出了不同稀釋氣氛下的MILD 燃燒分區(qū)圖，可以發(fā)現(xiàn)和O2/N2氣氛比較：其他3 種工況下的HTC 區(qū)均有明顯減小，而UMC 燃燒區(qū)均有明顯增大，實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒的氧濃度上限均有增大，4種工況的氧濃度上限分別為：8.2%、9.9%、10.4%、10.2%；在同一氧濃度下，實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒的溫度上限均有增大，當(dāng)XO2＝5%時(shí)4 種工況的進(jìn)口溫度上限分別為：1 320 K、1 455 K、1 475 K、1 472 K.這表明CO2和H2O 可提高CH4實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒的溫度上限和氧濃度上限，且CO2的提高作用更顯著.

6 結(jié)論

筆者首次考慮MILD 燃燒低污染特性，將NO 排放量考慮至分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以φNO＝100×10-6(O2濃度為3%)為限值確定MILD 燃燒區(qū)的溫度上限，對(duì)CH4在WSR 反應(yīng)器中的燃燒分區(qū)進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)一步明確MILD 燃燒區(qū)范圍；其次研究了不同當(dāng)量比和不同稀釋介質(zhì)(H2O、CO2)對(duì)CH4燃燒特性和分區(qū)的影響，得出的主要結(jié)論如下.

(1) 對(duì)于CH4在O2/N2中燃燒，存在極限氧濃度＝9.7%，低于此濃度時(shí)，預(yù)熱溫度大于Tsi即可滿足MILD 燃燒基本條件，高于此濃度，預(yù)熱溫度必須足夠高才可滿足MILD 燃燒基本條件(ΔT＜Tsi)，但過高的預(yù)熱溫度會(huì)使熱力型NOx大大增加.

(3) H2O 和CO2的物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)可降低反應(yīng)器溫度，Φ＝1.0 時(shí)物理效應(yīng)影響達(dá)到最大值；Φ＝1.0 時(shí)在預(yù)熱溫度不是過高時(shí)，H2O 和CO2的物理效應(yīng)遠(yuǎn)大于化學(xué)效應(yīng)對(duì)反應(yīng)器溫升的影響；預(yù)熱溫度不斷升高，H2O 和CO2的物理效應(yīng)基本不變，而化學(xué)效應(yīng)降低反應(yīng)器溫度程度不斷增強(qiáng).在當(dāng)量比情況下預(yù)熱溫度的升高以及H2O、CO2的稀釋氣氛都有利于CH4實(shí)現(xiàn)MILD 燃燒.

(4) H2O 的稀釋氣氛可降低Tsi，而CO2稀釋氣氛對(duì)Tsi影響不大；H2O 和CO2的稀釋氣氛可提高Tex，降低NOx排放，且CO2對(duì)Tex影響更大.相對(duì)O2/N2氣氛，H2O 和CO2的稀釋氣氛可減小HTC 區(qū)，增大UMC 燃燒區(qū)，并提高CH4實(shí)現(xiàn)UMC 燃燒的氧濃度上限和溫度上限，且CO2的作用更加顯著.