【摘要】：煤氣化技術(shù)和煤氣化整體聯(lián)合循環(huán)(IGCC)是目前發(fā)展清潔煤燃燒技術(shù)的關(guān)鍵。煤氣化產(chǎn)生的合成氣的主要組分為H2和CO,以及稀釋氣體如N2、CO2和H2O等。受制于不同的煤種和氣化方法,煤氣化產(chǎn)生的合成氣組分多變,這為燃燒合成氣的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室設(shè)計(jì)帶來(lái)困難,影響了合成氣的廣泛應(yīng)用。研究不同工況下,特別是更接近實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的高溫高壓工況下的層流火焰燃燒特性,能夠?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)燃燒室設(shè)計(jì)中提供重要基礎(chǔ)參數(shù)和設(shè)計(jì)指導(dǎo),這一工作具有重要意義。本文的主要內(nèi)容為研究高溫高壓下稀釋氣體(CO2, H2O)對(duì)于合成氣層流火焰燃燒特性的影響。本文實(shí)驗(yàn)是在課題組開(kāi)發(fā)的雙腔泄壓式球形火焰實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)密封墊圈、點(diǎn)火電極、加熱方式以及泄壓裝置的改造和完善,目前該實(shí)驗(yàn)臺(tái)能準(zhǔn)確測(cè)量高壓、高溫下合成氣層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長(zhǎng)度。本文測(cè)量了不同CO2稀釋率,不同初始預(yù)熱溫度和環(huán)境壓力下的H2/CO/CO2/air(O2/He)預(yù)混氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長(zhǎng)度；測(cè)量了不同CO2稀釋率,不同初始預(yù)熱溫度下的H2/CO/O2/CO2預(yù)混氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長(zhǎng)度。結(jié)果表明,CO2稀釋能夠顯著降低層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?H2/CO/CO2/air(O2/He)預(yù)混氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入SCO2稀釋近似線性下降。提高CO2的稀釋率和壓力能夠減小火焰的馬克斯坦長(zhǎng)度,降低火焰的穩(wěn)定性。在低CO2稀釋率下,提高預(yù)熱溫度會(huì)減小火焰的馬克斯坦長(zhǎng)度；在高CO2稀釋率下,提高預(yù)熱溫度反而會(huì)增大火焰的馬克斯坦長(zhǎng)度。本文采用文獻(xiàn)中給出的三種合成氣化學(xué)反應(yīng)機(jī)理(Davis, Li和Keromnes機(jī)理),結(jié)合PREMIX程序?qū)ο嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)工況下的合成氣燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,Davis機(jī)理在不同預(yù)熱溫度下獲得的結(jié)果與本文實(shí)驗(yàn)值符合得更好,而Keromnes機(jī)理在高壓工況下獲得的結(jié)果與本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合。所有機(jī)理在預(yù)熱溫度升高后,如本文的450 K工況下,對(duì)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊念A(yù)測(cè)結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大,這表明高預(yù)熱溫度下現(xiàn)有合成氣反應(yīng)機(jī)理還需要進(jìn)一步修正。數(shù)值模擬方面,討論了CO2的輻射重吸收作用對(duì)合成氣燃燒特性的影響,分析了CO2的化學(xué)效應(yīng)在不同工況下的變化規(guī)律。同時(shí)也采用數(shù)值模擬方法探討了高壓下水蒸氣稀釋對(duì)合成氣層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊�。這些數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：CO2的輻射重吸收作用能夠提高火焰預(yù)熱區(qū)溫度,減弱火焰輻射損失同時(shí)提高層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?在高CO2稀釋率下CO2的輻射重吸收作用應(yīng)當(dāng)考慮。提高CO2的稀釋率和壓力能夠增大CO2的化學(xué)效應(yīng)。在低CO2稀釋率下,提高預(yù)熱溫度會(huì)降低CO2的化學(xué)效應(yīng)；而在高CO2稀釋率下,提高預(yù)熱溫度會(huì)增大CO2的化學(xué)效應(yīng)。提高壓力后,水蒸氣稀釋對(duì)于合成氣層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊幕瘜W(xué)促進(jìn)作用減弱,高壓下層流火焰?zhèn)鞑ニ俣确菃握{(diào)性變化的峰值向低H2O稀釋率方向偏移。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK16
【圖文】：

逡逑ＯＰＴ模型和ＡＤＩ模型在圖４．１火焰溫度分布圖所示的在預(yù)熱區(qū)溫度十分相近，導(dǎo)致兩種模逡逑型計(jì)算得到的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁纸咏�。而ＳＮＢＣＫ因�(yàn)樘岣吡祟A(yù)熱區(qū)溫度，使得該模逡逑型計(jì)算得到的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@高于其他模型計(jì)算值，并且隨著Ｃ0２稀釋率的增大，逡逑ＳＮＢＣＫ模型計(jì)算值和其他模型計(jì)算值差值逐漸增大，送也說(shuō)明了在高Ｃ0２稀釋率下考慮逡逑Ｃ0２福射重吸收效應(yīng)的必要性。逡逑６０邐Ｉ邐＇邐Ｉ邐＇邐Ｉ邐＇邐Ｉ邐＇邐Ｉ逡逑？邐Ｉ—■－邋ＡＤＩ邐Ｉ邐－逡逑５０－邐卡邐ＯＰＴ邐－逡逑而邐￣ＳＮＢＣＫ逡逑ｆｗ：：逡逑－．邐Ａ邐■逡逑＾邐Ｈ邋／ＣＯ＝１；３，邋ａｉｒ逡逑ｆ邋３Ｄ邐－邐ｐ＝0．ｉ邋ＭＰａ邐—逡逑Ｉ邐■邐Ｖ邋巧邋８Ｋ逡逑Ｉ邋２０邐－邐＊進(jìn)邋８邐－逡逑１０邋邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐１邐Ｉ邐逡逑０邐１０邐２０邐孤邐４０逡逑Ｃ0２邋ｉｎ邋ｆｕｅｌ邋（％）逡逑圖４．３不同福射模型下層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入SＣ0２稀釋率變化曲線逡逑４．２邋Ｃ0２的化學(xué)效應(yīng)逡逑４．２．１邋Ｃ0２化學(xué)效應(yīng)及數(shù)值分析方法逡逑Ｃ化的化學(xué)效應(yīng)對(duì)于合成氣預(yù)混火焰可１＾體現(xiàn)為Ｐｉ’３６’６ｗ：邋（１）直接參與合成氣基元反逡逑應(yīng)，在合成氣基元反應(yīng)中Ｈ２反應(yīng)產(chǎn)生的自由基如Ｈ、ＯＨ等對(duì)于整體反應(yīng)速率影響十分強(qiáng)逡逑烈。對(duì)于ＣＯ氧化的主要反應(yīng)ｃｏ＋ｏｈ＝ｃ0２＋ｈ較Ｈ２反應(yīng)慢，在添加Ｃ0２時(shí)能夠促進(jìn)該反逡逑應(yīng)的逆反應(yīng)，即和火焰中其他基元反應(yīng)爭(zhēng)奪Ｈ，從而抑制其它鏈分支反應(yīng)從而最終表現(xiàn)為逡逑降低層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取＃ǎ玻╁澹?２還是有效的第Ｈ體

在本節(jié)的數(shù)值計(jì)算中忽略了邋Ｃ0２的福射重吸收效應(yīng)。逡逑４．２．２邋Ｈ２／ＣＯ／Ｃ0２／ａｉｒ（Ｑ２／Ｈｅ）預(yù)混氣中邋０0２邋的化學(xué)效應(yīng)逡逑圖４．５給出了常溫常壓下，Ｃ0２稀釋率０％￣４０％，Ｈ２／Ｃ０＝１：１，當(dāng)量比０邋＝邋０．８下，逡逑Ｈ２／ＣＯ／Ｃ0２／ａｉｒ?qū)恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣认鄬?duì)變化量隨ＣＸ）２稀釋率的變化曲線。從圖中可Ｗ看出，逡逑Ｃ0２的兩種化學(xué)效應(yīng)均減小層流火焰?zhèn)鞑ニ俣�，同時(shí)Ｃ＆的化學(xué)效應(yīng)會(huì)隨著Ｃ0２稀釋率的逡逑增大而顯著X棿�。比较�

本文編號(hào)：2743032