煤-生物質氣化合成氣燃燒特性的激光診斷研究.pdf

1、由煤、生物質、有機廢棄物的氣化產生的合成氣是一種很有前景的清潔高效燃料，主要組成為H2、CO、CH4、CO2、O2、N2等，與固體燃料直接燃燒相比，不僅能夠提高能源利用效率，而且還能有效降低污染物排放，在未來的能源利用與轉化方面具有極大的潛力。但是合成氣的氣體組成復雜、熱值低、燃燒不穩定，加上其燃燒機理研究的不足，給實際應用帶來很大挑戰。因此，深入研究合成氣的燃燒特性、高效清潔的利用合成氣，是我國清潔能源戰略的一個重要組成部分。

2、　　激光燃燒診斷技術具有不干擾流場、對惡劣的燃燒環境適應性強等優點，是研究火焰燃燒機理的理想手段。本文運用先進的激光燃燒診斷技術，對合成氣的預混層流和湍流燃燒特性以及臭氧的強化燃燒展開了一系列的研究，形成了比較全面、系統的合成氣燃燒理論，不僅為我國新型燃燒設備的發展與優化提供了重要的基礎與工程實踐指導，而且對未來的燃燒科學研究領域和工程設計也有著重要的意義。
　　本文先利用瑞利散射對煙煤氣化合成氣在稀薄預混條件下的層流火焰溫度進行

3、了定量測量，并與熱電偶測量及CHEMKIN數值計算結果進行了對比分析；然后利用熱流量法和熱敏磷光測溫法測量了兩種典型合成氣：5％H2-95％CO和20％H2-20％CO-60％N2的絕熱層流火焰速度，并運用CHEMKIN的三種機理：GRI-Mech3.0，USC MechⅡ和Davis’H2/CO進行了計算與對比驗證。結果發現，氮氣稀釋對合成氣的層流火焰速度有抑制作用，而預熱溫度的提高對火焰速度有促進作用；熱流量法測合成氣層流火焰速度的

4、最小誤差為0.5975 cm/s；三種機理中Davis’H2/CO機理能夠更好地預測H2/CO合成氣的層流火焰速度。
　　接下來，本文模擬了真實組分的低熱值煤/生物質氣化合成氣，利用OH-PLIF技術，對四種典型煤/生物質氣化合成氣的稀薄預混湍流火焰特性進行了試驗研究與分析，包括湍流火焰結構、火焰前鋒位置和湍流火焰速度等。研究表明，當量比、氫氣含量、低熱值和湍流強度對合成氣火焰中OH自由基的強度分布、OH反應層的厚度，火焰長度、火

5、焰前鋒位置以及湍流火焰速度均有一定的影響；四種合成氣中煙煤氣化合成氣的湍流火焰速度最大、更有利于燃燼；湍流強度可以壓縮OH反應層的厚度，增強OH自由基的強度分布，從而強化了合成氣的燃燒過程。
　　最后，本文利用熱流量法精確測量了甲烷-空氣預混氣在有/無臭氧添加條件下的絕熱層流火焰速度，研究了臭氧濃度變化對燃燒速度的影響，并改進了新的16步臭氧機理，運用CHEMKIN軟件的PREMIX模塊，對甲烷-空氣-臭氧預混火焰的溫度、主要自由