O2-H2O條件下合成氣同軸射流擴(kuò)散火焰穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著環(huán)境問(wèn)題和全球變暖的加劇，各國(guó)將關(guān)注的焦點(diǎn)放在發(fā)展先進(jìn)發(fā)電技術(shù)和CO2捕捉與封存技術(shù)（CCS）。本課題組基于CES零排放發(fā)電技術(shù)，提出煤基-氧-水蒸氣燃燒的近零排放發(fā)電系統(tǒng)（Oxy-Coal Combustion Steam System of Near-Zero Emissions，OCCSS），具有高發(fā)電效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2捕捉封存，驅(qū)油回收。OCCSS系統(tǒng)采用甲烷或者合成氣作為燃料，以氧氣和水蒸氣混氣作為氧化劑，系統(tǒng)中燃燒環(huán)境

2、具有高溫、高壓、高氧、高水蒸氣濃度的特點(diǎn)，基于OCCSS系統(tǒng)的極端燃燒條件，本文實(shí)驗(yàn)研究了合成氣同軸射流擴(kuò)散火焰在O2/H2O氣氛下燃燒的穩(wěn)定特性。
　　已有的同軸射流擴(kuò)散火焰穩(wěn)定性研究都采用空氣作為氧化劑，而本文研究中將水蒸氣和氧氣混合作為氧化劑氣氛。設(shè)計(jì)了同軸射流火焰燃燒器，同時(shí)驗(yàn)證了試驗(yàn)臺(tái)的可靠性與準(zhǔn)確性。該燃燒器能夠?yàn)楹铣蓺饣鹧娴姆€(wěn)定性研究提供充足均勻的O2/H2O氧化劑氣氛。在此基礎(chǔ)上，研究了合成氣成分、水蒸氣濃度、預(yù)熱

3、溫度以及稀釋劑對(duì)于火焰穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純CO火焰在空氣中燃燒時(shí)，火焰根部存在淬熄距離，并且無(wú)法成為穩(wěn)定的懸空火焰，而是直接從噴嘴處吹熄。在實(shí)驗(yàn)研究的所有工況下，CO/H2火焰在O2/H2O氣氛中均無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抬升。氫氣濃度越大，合成氣火焰的吹熄速度增長(zhǎng)越迅速，火焰長(zhǎng)度減小，燃燒速率加快，這是由于H2良好的反應(yīng)性、快的火焰?zhèn)鞑ニ俣?、高的擴(kuò)散系數(shù)共同決定的?；鹧娲迪O限隨水蒸氣濃度（50％-90%）的增大而減小，

4、并且在水蒸氣濃度大于70%之后，火焰吹熄極限的下降極為迅速。高濃度水蒸氣吸收了反應(yīng)區(qū)大量的熱量、改變了物質(zhì)的輸運(yùn)特性、參與到化學(xué)反應(yīng)中，同時(shí)具有較高的輻射特性，這是由于水蒸氣的化學(xué)效應(yīng)和熱力學(xué)效應(yīng)共同作用的結(jié)果。預(yù)熱溫度的升高改變了燃?xì)獾姆磻?yīng)性和熱物性參數(shù)，為燃燒創(chuàng)造了有利的環(huán)境，極大的促進(jìn)了火焰穩(wěn)定。
　　分別用CO2和N2稀釋燃料，與N2相比，CO2作為稀釋劑使得火焰吹熄極限下降更為明顯。這是由于CO2和N2熱力學(xué)參數(shù)、輸運(yùn)特

5、性不同，同時(shí)CO2參加反應(yīng)，抑制了正向反應(yīng)CO+OH→CO2+H的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中對(duì)比分析了CO/H2混氣在O2/H2O、O2/N2、O2/CO2條件下的穩(wěn)定特性，研究表明在不同CO/H2比例下，火焰穩(wěn)定特性具有較大差異。在高CO濃度（大于90%）時(shí)，CO/H2混氣在O2/H2O條件下吹熄極限最高；當(dāng)CO濃度低于85%時(shí)，合成氣在O2/N2氣氛下的穩(wěn)定性最好，O2/CO2氣氛下次之，O2/H2O氣氛下最差，這可以歸結(jié)于H2O對(duì)于高濃度CO燃