[发明专利]一种基于热理论的气体燃料可燃极限预测方法

说明书

本发明提供一种基于热理论的气体燃料可燃极限预测方法，涉及O₂/CO₂燃烧技术领域。该方法首先确定气体燃料的化学式，并将气体燃料在O₂/CO₂气氛下燃烧化学反应过程用反应方程式表示；然后确定可燃气体可燃下极限点处和可燃上极限点处的能量平衡方程，进而确定气体燃料在可燃下极限点和可燃上极限点处放热量的关系；最后根据气体燃料在纯氧工况下可燃下极限点处和可燃上极限点处的能量平衡方程确定可燃下极限和上极限点燃料的放热能力和气体燃料的冷却能力，进而得到气体燃料的可燃上极限和可燃下极限。本发明方法与计算更准确的化学反应动力学模拟方法相比，计算量小很多，精度也能满足工程计算需要。

技术领域

本发明涉及O₂/CO₂燃烧技术领域，尤其涉及一种基于热理论的气体燃料可燃极限预测方法。

背景技术

全球气候变暖问题是人类迄今面临的重大环境问题之一，也是21世纪人类面临的最复杂挑战之一。大气中二氧化碳浓度的急剧增加是全球气候变暖的重要推手。为了控制和减少CO₂的排放，碳捕集技术逐渐得到人们的重视。其中，O₂/CO₂燃烧技术是碳捕集技术中最具发展前景的一种。O₂/CO₂燃烧技术使用纯氧代替空气作为燃料燃烧的助燃剂，烟气成分主要由CO₂和H₂O构成。其中水蒸气通过冷凝装置很容易去除，剩余的烟气即为高纯度的CO₂，能够大幅降低CO₂的捕集成本。

O₂/CO₂燃烧技术应用过程中，燃烧稳定性逐渐得到了重视，这是因为O₂/CO₂燃烧的安全使用取决于燃烧的稳定性，特别是燃料的可燃极限。燃料的可燃极限包括可燃上极限和可燃下极限。Turns给出了如下定义：可燃下极限是允许稳态火焰传播的燃料含量的最低值，即贫可燃极限；可燃上极限则指允许火焰传播的燃料含量的最高值，即富可燃极限。可燃上极限和可燃下极限共同确定了燃料可燃的浓度范围，即可燃区域。虽然可燃极限不能直接用于预测实际燃烧装置上燃烧的稳定性，但是可燃极限是判定混合气可燃的必要条件和准则。混合气可燃要满足燃料和和氧化剂配比必须在可燃区域之内。另外，预防可燃气体火灾或爆炸也需要详细地了解燃料的可燃区域。燃料在O₂/CO₂气氛下的可燃极限是判定O₂/CO₂气氛下燃料燃烧稳定性的重要依据，也是安全应用O₂/CO₂燃烧技术的重要基础。因此准确预测用O₂/CO₂气氛下燃料的可燃极限显得尤为重要。

目前可燃极限的预测方法都是基于空气气氛下获得的，专门针对O₂/CO₂气氛下气体燃料可燃极限的预测模型十分缺乏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于热理论的气体燃料可燃极限预测方法，确定O₂/CO₂气氛下气体燃料可燃极限。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于热理论的气体燃料可燃极限预测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定气体燃料的化学式并将气体燃料在O₂/CO₂气氛下燃烧化学反应过程用反应方程式表示，如下式所示：

M+kO₂+C_dCO₂＝C₁H₂O+C₂CO₂+C_dCO₂ (1)