基于OH-PLIF测量技术的煤粉燃烧过程诊断研究

摘要

本文在模拟工业煤粉炉燃烧环境的光学诊断型携带流煤粉反应器系统上开展了煤粉射流火焰着火特性研究，通过OH-PLIF测量技术重点研究煤粉颗粒群的着火问题，同时分析颗粒群周围OH*的分布情况，以及单颗粒周围的OH*分布情况，分析煤粉颗粒的着火机制；而且通过三种不同测量手段获得粉射流火焰总光强信号归一化分布曲线、OH*自发辐射信号归一化分布曲线以及OH-PLIF荧光信号归一化分布曲线，分析三种手段得到的着火点以及着火延时情况，判断三种测量手段的优劣；采用火焰总光强着火延时、OH*自发辐射着火延时及OH-PLIF着火延时，结合OH-PLIF测量技术在煤粉燃烧的应用，考察环境氧浓度对煤粉着火延迟时间的影响，分析射流火焰着火燃烧特性；最后通过煤焦样品工业分析、元素分析以及孔隙特性分析等多种分析测试，研究煤焦的燃尽特性，同时煤焦的燃尽程度也是对前文光学测量结果的准确性进一步验证。结果表明：伴随氧浓度的升高（10%-30%O2），神华烟煤和蒙东褐煤的颗粒群着火延时呈现下降趋势；OH-PLIF结果给出神华烟煤的颗粒群着火的OH*分布稳定，颗粒群的着火是挥发分着火燃烧加热挥发分火焰内部的焦炭颗粒，是以均相着火机制占主导地位；分散良好的煤粉颗粒群着火的OH*分布包裹在整个煤粉流的外表面，伴随氧浓度的升高，挥发分燃烧反应区域在扩大，同时燃烧更加剧烈，同时氧分子的渗透能力更强，加剧颗粒群内部的燃烧反应；通过总光强信号强度归一化曲线和 OH*自发辐射信号强度归一化曲线以及OH-PLIF荧光信号强度归一化曲线的变化趋势，发现OH-PLIF荧光信号对燃烧反应响应效果最好的， OH-PLIF测量手段是煤粉挥发分燃烧反应区测量的重要工具；经历长时间的加热以及燃烧过程中煤焦表面发生软化、熔融、孔的崩塌以及灰的熔化等现象，煤焦的孔隙结构会先急剧增多后又变少的情况，所以孔隙结构整体在减少，验证上文的煤焦燃尽特性分析；进而煤焦的燃尽特性也与上文光学测量结果相印证。

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2煤粉着火及燃烧特性的研究现状

1.3课题主要研究内容

第2章 光学诊断型携带流煤粉反应系统与研究方法

2.1平面火焰携带流煤粉反应系统

2.2平面激光诱导荧光（PLIF）系统

2.3光学诊断型携带流煤粉反应系统的调试

2.4 OH-PLIF系统的调试

2.5本章小结

第3章 基于OH-PLIF测量技术的煤粉射流火焰着火及燃烧特性

3.1引言

3.2不同燃烧条件下煤粉射流火焰的着火特性分析

3.3烟煤与褐煤着火燃烧特性的对比

3.4本章小结

第4章 基于多种光学测量手段对煤粉着火及燃尽特性的研究

4.1多种光学测量手段的基本介绍

4.2不同燃烧条件下烟煤与褐煤着火及燃尽程度的研究

4.3不同燃烧条件下燃烧生成焦炭特性分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢