甲烷扩散火焰的富氧燃烧特性及总包反应机理研究

【摘要】：富氧燃烧作为今后锅炉燃烧的主要发展技术，其燃烧特性与空气燃烧存在很大的差异。深入研究了解富氧燃烧特性及其差异性，对指导实践富氧燃烧技术是极其有意义的。同时由于富氧环境的巨大改变，模拟时采用的化学反应总包机理已然不适应了，研究并改进适合于富氧工况下的总包机理势在必行。 总所周知，富氧燃烧和空气燃烧存在差异性的主要原因是CO2和N2的差异，本文将深入了解CO2物化特性，研究不同特性所产生的具体影响。在富氧燃烧中，CO2的热力特性、化学特性、传输特性都使火焰温度降低，化学特性使得CO浓度明显增加，而辐射特性影响微弱。由于CO2特性的影响，O2、H2O浓度变化所带来的变化也是不同的。研究不同O2、H2O浓度的空气燃烧和富氧燃烧的火焰区域、火焰温度、CO浓度变化。无论是空气燃烧还是富氧燃烧，O2的增加会使温度增加，CO浓度增加，火焰区域缩小。高氧浓度时，其他因素对火焰区域的影响效果减弱。H2O浓度的影响没有O2浓度影响强烈。H2O浓度的增加使火焰区域缩小，低O2时比较明显。在空气燃烧中使火焰温度降低，而中高O2浓度时富氧燃烧中温度降低。这是由于富氧燃烧中CO2参与影响的结果。同时H2O浓度增长使CO浓度降低，富氧燃烧中O2浓度越高差距越大。 优选适合于甲烷富氧燃烧总包机理时，以JL、WD及各改进总包机理为研究对象，由于总包机理对环境变化的敏感性，对富氧干湿循环工况进行考虑。利用半预混扩散火焰模型，模拟锅炉干湿循环烟气与甲烷、氧气混合燃烧。对不同总包机理预测效果进行对比，进一步研究总包机理在富氧干湿氛围中的热释放、化学反应速率等情况，对总包机理热力学参数进行修正，得到适合于富氧干湿燃烧的总包机理，能很好地预测温度、组份。高氧环境下燃烧快速进行，与干湿循环燃烧存在明显的差异。利用IFRF纯氧实验数据，对纯氧燃烧中各总包机理的模拟结果进行分析比较。比较温度、组份分布，优选出适合于甲烷纯氧燃烧的总包机理。 【关键词】：甲烷富氧燃烧 扩散火焰 组份特性影响 总包反应机理
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 富氧燃烧发展及研究现状9-12
• 1.3 化学反应机理发展及研究现状12-16
• 1.4 本文主要工作及内容安排16-18
• 2 甲烷扩散火焰的富氧燃烧特性18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 研究模型18-21
• 2.3 CO2的物化特性研究21-25
• 2.4 O2、H2O 浓度对富氧燃烧影响25-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 甲烷富氧燃烧总包机理优化33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 研究模型33-36
• 3.3 总包机理归纳36-38
• 3.4 总包机理对比38-42
• 3.5 总包机理改进42-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 甲烷纯氧燃烧总包机理优选50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 研究模型50-54
• 4.3 结果与分析54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 全文总结及展望59-61
• 5.1 全文总结59-60
• 5.2 后续工作展望和构想60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 附录 攻读硕士学位期间科研成果68

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