低熱值氣體燃料燃燒特性分析

王君（廣州市環(huán)境保護工程設(shè)計院有限公司新疆分公司830000）

1.前言

能源是當前全球人類比較關(guān)心的話題之一，目前煤炭、石油、天然氣等能源已經(jīng)匱乏，相關(guān)研究者開始將目光放在了低熱值氣體燃料上，因為其是目前為止比較現(xiàn)實的接替能源，其存儲量大，價格低，便于開采，具有很大的開發(fā)潛力。低熱值氣體燃料可以從煤層氣和沼氣中獲取，目前我國煤層氣主要是井下抽放煤層氣，熱值較低，而由沼氣產(chǎn)生的氣體燃料是可再生的清潔燃料，其具有許多特性，如甲烷含量很低，熱值比較低，非烴氣體含量高等。對低熱值氣體燃料進行研究可以優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，充分利用可再生能源，加強環(huán)境保護，緩解能源緊張的局面，便于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。

2.低熱值氣體燃料燃燒特性的研究方法

針對低熱值氣體燃料燃燒特性的研究，主要集中在燃燒基礎(chǔ)和臺架實驗這兩部分。其中對燃燒基礎(chǔ)的研究主要是湍流燃燒和層流燃燒，研究層流燃燒就是注重燃料的特性，關(guān)注層流燃燒的速度，氣體燃料最基本的化學特性就是層流燃燒速度，能夠綜合反映可燃氣體的放熱能力和化學反應(yīng)速度。獲取層流燃燒速度最好的方法就是通過試驗來得到，如熱流量法，滯止面火焰法，定容彈法等。

低熱值氣體燃料燃燒特性研究方法的另一個焦點就是臺架試驗，通過臺架實驗可以檢測到燃燒循環(huán)的變動，標定發(fā)動機的參數(shù)，了解發(fā)動機的運行狀況，提高發(fā)動機的整體性能。燃燒循環(huán)變動限制了低熱值氣體燃料的運轉(zhuǎn)范圍，影響著其動力性和排放性。影響循環(huán)變動的因素有點火特性、火花塞周圍的氣流運動、殘余廢氣量、缸內(nèi)空燃比、湍流尺度等。通過研究燃燒循環(huán)變動，能夠提高燃油率，減少排放量。大部分學者是利用符號時間序列分析方法、符號化方法等來測量燃燒循環(huán)變動。

3.低熱值氣體燃料燃燒特性分析

（1）層流燃燒特性分析

在對層流燃燒特性進行分析時，依據(jù)壓力曲線，研究不同初始壓力的燃燒爆發(fā)壓力，得出延長摻氮時間，都會加長氣體燃料的燃燒期，減低氣體燃燒率，促進火焰的發(fā)展。縮短火焰發(fā)展期和燃燒期，均可以達到加快燃燒速率的目的，如果稀釋氣體密度，則會降低燃燒速率。假如增加初始壓力，則會加大燃燒最高壓力，延長燃燒持續(xù)期，與此同時，加大摻氮比，初始壓力也會增加，減慢燃燒速率，延長燃燒持續(xù)期。充分運用球形擴散火焰理論，分析火焰?zhèn)鞑ニ俾剩玫綄恿魅紵俾省｜c火后，火焰成球形向外擴張，并且半徑還在不斷的增加。如果這時增加摻氮比例，很明顯的會發(fā)現(xiàn)半徑的增長速率會降低，在增加初始壓力，火焰半徑會更減少。當量比是0.8左右時，低熱值氣體燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俾首盥哟蟪跏級毫Γ鹧娴膫鞑ニ俾蕰５蜔嶂禋怏w燃料的馬克斯坦長度是比零大的，假如增加當量比，則馬克斯坦長度呈現(xiàn)直線型，火焰的穩(wěn)定性更強。

（2）缸內(nèi)燃燒穩(wěn)定性分析

研究低熱值氣體燃料的燃燒穩(wěn)定性可以提高發(fā)動機的動力性和排放量，具有十分重要的意義。燃燒穩(wěn)定性具體表現(xiàn)在壓力曲線、發(fā)動機的輸出功率以及火焰?zhèn)鞑デ闆r等方面，燃燒期的長短可以直觀地表明燃燒循環(huán)變動，對于燃燒比較快的循環(huán)中，壓力很高，并且爆燃傾向很大，同時，限制了燃料辛烷值和壓縮比。而對于慢循環(huán)而言，會促使燃油消耗率和碳氫排放量加大，加劇發(fā)動機中的振動，引起強大的噪音，使發(fā)動機工作不穩(wěn)定，進而影響發(fā)動機的整體性能。

（3）燃燒循環(huán)變動分析

影響低熱值氣體燃料燃燒循環(huán)變動的因素包括摻氮比、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等。隨著摻氮比的增加，低熱值氣體燃料的燃燒循環(huán)變動也會加劇，與此同時，降低火焰?zhèn)鞑ニ俾剩资艿綒怏w流動的影響。轉(zhuǎn)速對燃燒循環(huán)變動的影響和摻氮比的類似，同樣也是加劇低熱值氣體燃料的燃燒循環(huán)變動，加強氣體流動，加大湍流強度，影響氣體燃料的穩(wěn)定性。隨著節(jié)氣門開度的減少，降低進氣壓力，增加殘余廢氣，減少新鮮氣體量，從而使燃燒速度減慢，同樣也會加劇低熱值氣體燃燒的循環(huán)變動，使燃燒不穩(wěn)定。

4.結(jié)束語

綜上所述，低熱值氣體燃料已經(jīng)成為世界研究者的焦點，引起了廣大學者的關(guān)注。因此我們國家和政府也應(yīng)該高度重視低熱值氣體燃料，積極分析低熱值氣體燃料燃燒的特性，開發(fā)和利用低熱值氣體燃料，加大科研和開發(fā)力度，充分利用生產(chǎn)沼氣的來源，進而提高低熱值氣體燃料的綜合性能，有效實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

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