高压高湿氧燃烧条件下合成气层流同轴射流火焰特性

For the efficient use of energy and global warming mitigation, Oxy-coal combustion steam system of near-zero emissions (OCCSS) was proposed. The syngas from coal burns with pure oxygen with the presence of steam under high pressure, high preheat temperature conditions (namely "four high" condition), then the gas goes to a turbine. The exhaust gas from the turbines is condensed into water and high concentrations of CO2 which enables high conversion efficiency and near-zero emission of CO2 simultaneously. This project studies the laminar diffusion flame characteristics of syngas under "four high" condition, including the co-flowing flame stability, the co-flowing flame structure and the CO reaction mechanism of syngas diffusion flame. The laminar computation model will be established for "four high" conditions to understand the combustion process in detail. This study will lay a solid theoretical foundation for the successful development of OCCSS system and is expected to broaden the knowledge of combustion.

为了实现能源的高效利用和缓解全球变暖，申请者提出了基于煤基合成气-氧-水蒸气燃烧方式的近零排放发电系统（OCCSS）。煤基合成气在高温、高压、高水蒸气浓度与高氧浓度（"四高"）条件下燃烧，对做功后的烟气（约90%H2O，10%CO2）进行物理冷凝，可同时实现高发电效率和CO2的近零排放。本项目针对OCCSS燃烧环境下煤基合成气层流同轴射流火焰特性进行研究。研究高压高湿氧燃烧条件下合成气同轴射流火焰的稳定现象、火焰结构，建立"四高"条件下层流同轴射流燃烧火焰计算模型，揭示其详尽燃烧过程；解析CO的反应机理。本项目的研究对成功研发OCCSS燃烧系统和丰富燃烧学知识体系具有重要的科学意义。

零排放燃烧技术是实现化石燃料高效率低排放利用的最有效手段之一。为了能够同时实现煤高效率利用及发电过程污染零排放，提出了煤基燃料-氧-水蒸气燃烧的近零排放发电系统（OCCSS）。OCCSS系统的燃烧环境具有高温、高压、高氧、高水蒸气浓度特点，针对该燃烧环境，本项目研究了O2/H2O气氛下CO/H2层流同轴射流扩散火焰特性。改造了增压同轴射流火焰特性实验台，基于该实验装置，测量了O2/H2O气氛下CO/H2层流同轴射流火焰吹熄极限；利用CCD/ICCD拍摄火焰亮度/OH*信号，利用B型热电偶测量火焰中心轴线温度分布；利用共轭传热理论优化了二维轴对称火焰代码，使其能够精确计算燃烧器壁面与周围流体间的热交换，即考虑火焰的预热作用，并利用该代码对O2/H2O气氛下CO/H2层流同轴射流火焰中复杂的扩散、流动、传热及化学反应过程进行详细预测；利用一维对冲扩散火焰模型，数值研究了O2/H2O气氛下合成气扩散火焰CO排放特性。