低濃度瓦斯燃燒的化學(xué)動力學(xué)及穩(wěn)定性研究.pdf

1、工業(yè)上存在著大量0.1-5％濃度范圍內(nèi)的低濃度瓦斯,這些低濃度的瓦斯由于可燃成分稀薄,難以被常規(guī)燃燒技術(shù)所利用,通常被直接排空。將瓦斯直接排放到大氣中,一方面造成了有限的不可再生資源的巨大浪費;另一方面由于甲烷的強烈溫室效應(yīng)以及對大氣臭氧層的破壞,加劇了大氣污染。因此,合理利用低濃度瓦斯具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。低濃度瓦斯燃燒的化學(xué)動力學(xué)及穩(wěn)定性是低濃度瓦斯利用的兩個核心問題,本文圍繞這兩方面問題進行研究,主要工作和結(jié)論如下:
　　

2、首先,基于激波理論以及甲烷燃燒機理GRI3.0,對激波誘導(dǎo)低濃度瓦斯燃燒進行了理論分析,并在此基礎(chǔ)上采用大型燃燒軟件 Chemkin對激波誘導(dǎo)下煤礦低濃度瓦斯的點火延遲時間進行了數(shù)值模擬。通過基元反應(yīng)敏感性分析、自由基的峰值分布以及 CH3峰值時刻與溫度梯度最大值時刻的吻合性三方面進行分析,定義了 CH3峰值出現(xiàn)時刻為超低濃度瓦斯點火延遲時間。并研究了激波速度、瓦斯?jié)舛?、初始溫度、初始壓力對點火延遲時間的影響。研究結(jié)果表明增加激波速度、

3、瓦斯初始溫度、初始壓力會導(dǎo)致點火延遲時間縮短,而瓦斯的濃度變化對其點火延遲時間影響較小。
　　其次,采用全混流反應(yīng)器(PSR)與柱塞流反應(yīng)器(PFR)模型,對低濃度瓦斯的燃燒穩(wěn)定性進行了數(shù)值模擬,研究了駐留時間、瓦斯?jié)舛?、預(yù)熱溫度、熱損失、瓦斯質(zhì)量流量等參數(shù)對低濃度瓦斯燃燒穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:(1)要維持低濃度瓦斯的穩(wěn)定燃燒,需使駐留時間大于臨界駐留時間或質(zhì)量流量小于臨界質(zhì)量流量;(2)要使4%濃度以下的瓦斯穩(wěn)定燃燒,必須對瓦

4、斯進行預(yù)熱,瓦斯?jié)舛让肯陆?%,預(yù)熱溫度需提高200K左右。(3)熱損失會顯著降低初始溫度,并進而導(dǎo)致臨界質(zhì)量流量降低。(4)由于點火延遲時間的影響,要維持低濃度瓦斯的穩(wěn)定燃燒,需要保證一定的燃燒室長度,且該長度會受瓦斯流量、瓦斯?jié)舛?、熱損失等的影響而變化。
　　最后,基于超焓理論,通過采用內(nèi)置多孔介質(zhì)的瑞士卷實驗平臺,對低濃度下的瓦斯氣體的穩(wěn)定性進行了實驗研究。通過對點火啟動方案的分析,選擇了采用電火花在燃燒中心區(qū)縫隙中點火的方