O2/H2O条件下H2/CO可燃下限的实验研究

摘要

煤-氧-水蒸气燃烧的近零排放发电系统（OCCSS）是本课题组针对中国能源结构提出的一种以煤基合成气为燃料的新型近零排放发电系统，其燃烧环节具有高温、高压、高水蒸气浓度和高氧浓度等特点。研究合成气在此复杂条件下的燃烧特性是实现这一系统的关键，作为燃烧特性中的重要内容，合成气可燃极限的研究对该系统燃烧器的设计和运行都具有重要的价值。
　　为满足实验要求，本文参照相关标准搭建了20L球型定容燃烧弹实验系统，并对该实验系统进行了全面的调试以及安全性和可靠性验证。实验过程中采用压力升高值作为可燃判断依据，通过实验确定标准为升高值3％，之后通过实验验证了该标准的可靠性。
　　本文首先研究了水蒸气存在的条件下预热温度对不同比例H2/CO的可燃下限的影响，发现混合气可燃下限整体随温度增加而降低，温度较低时变化趋势明显，超过150℃后，可燃下限随预热温度成线性变化。然后研究了可燃下限随H2/CO比例的变化，结果显示无论在纯氧还是在有水蒸气稀释的条件下，H2/CO混合气可燃下限的都随着H2含量的增加而降低，用二次曲线拟合实验结果，拟合度在0.95以上；此外，还证明了H2含量较低时，水蒸气对可燃下限产生巨大影响。最后，还通过实验研究了纯氧条件下加入N2/H2O对H2/CO混合气可燃下限的影响，结果发现N2浓度大于60%时，H2/CO混合气可燃下限随N2浓度的增加会有明显的升高；随着水蒸气的增加，可燃下限呈现出不同的变化规律：水蒸气浓度小于30%时，可燃下限随水蒸气浓度线性升高；水蒸气浓度30%-60%，可燃下限基本保持不变；当水蒸气浓度大于60%时，可燃下限随水蒸气浓度增加而升高。水蒸气与N2的对比，水蒸气对可燃下限的影响明显较大，尤其是在浓度较低的时候。
　　本文分别采用Le Chatelier原理和基于计算绝热火焰温度的估算方法对可燃下限进行了预测。根据本文研究特点调整了Le Chatelier公式中L1和L2的选取，采用了二次曲线回归的方法选取绝热火焰温度，并根据本文实验数据验证了两种方法准确性。结果证明两种方法的平均误差在10%以内，说明修正后的两种可以准确地预测O2/H2O燃烧条件下H2/CO混合气的可燃下限，填补了此方面研究的空白。

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2可燃极限的研究现状

1.3本文研究目的和内容

第2章实验台系统与实验方法

2.1引言

2.2 20L球型定容燃烧弹实验系统

2.3实验台的调试

2.4着火判断标准的确定和实验验证

2.5实验步骤

2.6误差分析

2.7本章小结

第3章O2/H2O条件下H2/CO可燃下限的实验研究

3.1引言

3.2温度对H2/CO可燃下限影响

3.3 H2/CO比例对可燃下限的影响

3.4气体稀释对H2/CO可燃下限的影响

3.5本章小结

第4章H2/CO可燃下限估算方法的研究

4.1引言

4.2应用Le Chatelier原理估算H2/CO可燃下限

4.3基于绝热火焰温度估算H2/CO可燃下限

4.4两种估算方法结果对比

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢