加压O2/H2O条件下CO/H2可燃下限实验研究

摘要

化石燃料燃烧所造成的环境污染日益凸显，开发清洁燃烧方式已成为必然。基于我国以煤炭为主的资源结构，课题组提出了煤基合成气-氧气-水蒸气混合燃烧的近零排放发电系统（OCCSS），其中合成气的燃烧是在高压、高温、高氧浓度和高水蒸气浓度的条件下进行的。本课题通过实验探究合成气在此环境中的可燃极限，此研究对该发电系统的稳定运行具有实际意义。
　　为保证实验顺利进行，本文采用20L定容燃烧弹系统，首先对实验系统进行了气路改造和加压升级，随后进行了一系列调试工作和耐压性测试以确保实验台稳定运行。通过点火后球内压力的跃升来判断是否着火，对已知可燃极限的气体进行点火后确定着火标准为压力跃升3%，并进行实验检验了其适用性。
　　首先实验研究了加压、O2/H2O条件下，CO/H2可燃下限随预热温度和 CO/H2比例的变化规律。实验结果表明，初始压力2atm，预热温度在130℃到200℃的范围内，不同组分CO/H2可燃下限呈线性下降趋势，CO浓度较高的组分其可燃下限的降低更为明显，降幅为8.8%。初始压力1atm、2atm和8atm，预热温度150℃，对于不同的CO/H2比例，随着H2浓度的增加，纯氧条件下CO/H2可燃下限单调下降，且在不同的初始压力下，Le Chatelier原理均能较准确的预测CO/H2的可燃下限，误差均小于3%；但是在O2/H2O条件下，CO/H2可燃下限先升高后下降， Le Chatelier原理并不能准确预测 CO/H2可燃下限，这是由于水蒸气的化学作用对纯CO的燃烧具有促进作用。
　　还通过实验研究了不同稀释气体及初始压力对 CO/H2可燃下限的影响规律。结果表明，初始压力2atm，预热温度150℃：O2/H2O条件下，水蒸气稀释范围0-60%，不同组分 CO/H2可燃下限呈线性上升趋势，且 CO浓度高的组分上升更为明显，上升幅度为35%；但是不同初始压力（1atm、2atm和4atm）条件下CO/H2可燃下限的上升速度不同，常压下 CO/H2可燃下限的上升速度明显高于加压条件下；氮气稀释的影响与水蒸气不同，只有当稀释浓度超过70%后，稀释对 CO/H2可燃下限的影响才会凸显。造成差异的原因是因为水蒸气的热力学性质与氮气有较大差别，而氮气的热力学性质与氧气较为接近。预热温度175℃，O2/H2O条件下，随着初始压力的升高，CO/H2可燃下限呈上升的趋势，当初始压力小于4atm时，压力对CO/H2可燃下限的影响较为明显，当初始压力超过4atm时，CO/H2可燃下限的上升速度逐渐变慢。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外的研究现状

1.3研究目的和意义

1.4研究内容

第2章 实验系统及实验台调试

2.1引言

2.2 20L定容燃烧弹加压实验系统

2.3实验台的可靠性验证

2.4实验确认着火标准

2.5本章总结

第3章 加压条件下预热温度和CO/H2比例对CO/H2合成气可燃下限的影响

3.1引言

3.2实验流程

3.3加压条件下预热温度对CO/H2合成气可燃下限的影响

3.4加压条件下CO/H2比例对CO/H2合成气可燃下限的影响

3.5 Le Chatelier原理对CO/H2合成气可燃下限的估算

3.6本章总结

第4章 水蒸气稀释浓度和初始压力对CO/H2合成气可燃下限的影响

4.1引言

4.2加压条件下稀释气体浓度对CO/H2合成气可燃下限的影响

4.3压力对CO/H2合成气可燃下限的影响

4.4本章总结

结论与展望

参考文献

声明

致谢