低熱值氣體燃料燃燒特性分析

王君（廣州市環境保護工程設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心的話題之一，目前煤炭、石油、天然氣等能源已經匱乏，相關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化我國能源結構，充分利用可再生能源，加強環境保護，緩解能源緊張的局面，便于我國可持續發展戰略的實施。

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和臺架實驗這兩部分。其中對燃燒基礎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的變動，標定發動機的參數，了解發動機的運行狀況，提高發動機的整體性能。燃燒循環變動限制了低熱值氣體燃料的運轉范圍，影響著其動力性和排放性。影響循環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、缸內空燃比、湍流尺度等。通過研究燃燒循環變動，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，依據壓力曲線，研究不同初始壓力的燃燒爆發壓力，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，促進火焰的發展。縮短火焰發展期和燃燒期，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，延長燃燒持續期。充分運用球形擴散火焰理論，分析火焰傳播速率，得到層流燃燒速率。點火后，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，很明顯的會發現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傳播速率最慢，加大初始壓力，火焰的傳播速率會更慢。低熱值氣體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直線型，火焰的穩定性更強。

（2）缸內燃燒穩定性分析

研究低熱值氣體燃料的燃燒穩定性可以提高發動機的動力性和排放量，具有十分重要的意義。燃燒穩定性具體表現在壓力曲線、發動機的輸出功率以及火焰傳播情況等方面，燃燒期的長短可以直觀地表明燃燒循環變動，對于燃燒比較快的循環中，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。而對于慢循環而言，會促使燃油消耗率和碳氫排放量加大，加劇發動機中的振動，引起強大的噪音，使發動機工作不穩定，進而影響發動機的整體性能。

（3）燃燒循環變動分析

影響低熱值氣體燃料燃燒循環變動的因素包括摻氮比、轉速、節氣門開度等。隨著摻氮比的增加，低熱值氣體燃料的燃燒循環變動也會加劇，與此同時，降低火焰傳播速率，易受到氣體流動的影響。轉速對燃燒循環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變動，加強氣體流動，加大湍流強度，影響氣體燃料的穩定性。隨著節氣門開度的減少，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變動，使燃燒不穩定。

4.結束語

綜上所述，低熱值氣體燃料已經成為世界研究者的焦點，引起了廣大學者的關注。因此我們國家和政府也應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，開發和利用低熱值氣體燃料，加大科研和開發力度，充分利用生產沼氣的來源，進而提高低熱值氣體燃料的綜合性能，有效實施可持續發展戰略。

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