N2稀釋合成氣層流預(yù)混及擴(kuò)散火焰燃燒特性的PLIF研究及CHEMKIN模擬.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺及環(huán)境污染問題已日益嚴(yán)重，因此，尋求一種清潔、可再生的能源對(duì)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，IGCC技術(shù)的發(fā)展越來越受到關(guān)注，因此煤與生物質(zhì)氣化后的合成氣也具有更廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于氣化原材料種類繁多的原因，導(dǎo)致合成氣成分復(fù)雜，因此也增加了其工業(yè)運(yùn)用的難度。為更好的利用合成氣，對(duì)其燃燒特性的研究就更具有必要性。
　　由于預(yù)混燃燒與稀釋擴(kuò)散燃燒是IGCC電廠燃?xì)廨啓C(jī)中的主要工作方式，因此，本文

2、分別對(duì)合成氣預(yù)混與擴(kuò)散燃燒特性進(jìn)行了研究。對(duì)于預(yù)混燃燒，本文首先采用PLIF技術(shù)研究了合成氣預(yù)混燃燒的火焰結(jié)構(gòu)，及OH基濃度的分布，并提出了斜率平均法對(duì)合成氣火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)行了計(jì)算。為深入了解N2對(duì)合成氣燃燒特性的影響，本文采用不同比例的N2加入合成氣中進(jìn)行稀釋燃燒，并利用CHEMKIN軟件對(duì)OH基生成速率及主要反應(yīng)步驟進(jìn)行了化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)擴(kuò)散燃燒工況，本文選取其中一種典型中熱值合成氣，并且分別在燃料側(cè)和空氣側(cè)加入等量的N2進(jìn)行稀釋

3、，并討論了N2稀釋對(duì)火焰結(jié)構(gòu)以及OH基濃度分布的影響。然后結(jié)合CHEMKIN軟件對(duì)OH基及NOX的生成速率進(jìn)行了化學(xué)動(dòng)力分析。
　　通過合成氣層流預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)及模擬可以得出：
　　（1）在當(dāng)量比不變時(shí)，合成氣中N2含量的增加會(huì)導(dǎo)致火焰內(nèi)焰高度增加，火焰前鋒面面積增大，但火焰高度和寬度卻在減小。
　?。?）利用三種不同方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出的火焰?zhèn)鞑ニ俣任呛隙榷急容^好，但從精度上來看，斜率平均法的計(jì)算精度與面積法接近，

4、且高于角度法計(jì)算精度。
　?。?）斜率平均法具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，考慮速度衰減的因素，并對(duì)內(nèi)焰過高的預(yù)混燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)行修正，使得計(jì)算結(jié)果更為精確。（4）由化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析可知，合成氣預(yù)混燃燒過程中，主導(dǎo)OH基生成與消耗的反應(yīng)主要是反應(yīng)R38（H+O2=O+OH）和反應(yīng)R84（OH+H2=H+H2O），且這兩步反應(yīng)受N2加入的影響最大。
　　通過合成氣層流擴(kuò)散燃燒實(shí)驗(yàn)及模擬可以得出：
　?。?）隨著合成氣中N2稀釋比的增