低濃度瓦斯燃燒的化學(xué)動(dòng)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(fèi);另一方面由于甲烷的強(qiáng)烈溫室效應(yīng)以及對(duì)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(dòng)力學(xué)及穩(wěn)定性是低濃度瓦斯利用的兩個(gè)核心問(wèn)題,本文圍繞這兩方面問(wèn)題進(jìn)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(jī)理GRI3.0,對(duì)激波誘導(dǎo)低濃度瓦斯燃燒進(jìn)行了理論分析,并在此基礎(chǔ)上采用大型燃燒軟件 Chemkin對(duì)激波誘導(dǎo)下煤礦低濃度瓦斯的點(diǎn)火延遲時(shí)間進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)基元反應(yīng)敏感性分析、自由基的峰值分布以及 CH3峰值時(shí)刻與溫度梯度最大值時(shí)刻的吻合性三方面進(jìn)行分析,定義了 CH3峰值出現(xiàn)時(shí)刻為超低濃度瓦斯點(diǎn)火延遲時(shí)間。并研究了激波速度、瓦斯?jié)舛?、初始溫度、初始?jí)毫?duì)點(diǎn)火延遲時(shí)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?jí)毫?huì)導(dǎo)致點(diǎn)火延遲時(shí)間縮短,而瓦斯的濃度變化對(duì)其點(diǎn)火延遲時(shí)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(duì)低濃度瓦斯的燃燒穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了駐留時(shí)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(duì)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(shí)間大于臨界駐留時(shí)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(duì)瓦

4、斯進(jìn)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(huì)顯著降低初始溫度,并進(jìn)而導(dǎo)致臨界質(zhì)量流量降低。(4)由于點(diǎn)火延遲時(shí)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(zhǎng)度,且該長(zhǎng)度會(huì)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(guò)采用內(nèi)置多孔介質(zhì)的瑞士卷實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)低濃度下的瓦斯氣體的穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)點(diǎn)火啟動(dòng)方案的分析,選擇了采用電火花在燃燒中心區(qū)縫隙中點(diǎn)火的方