O2/N2和O2/CO2气氛下乙烯火焰燃烧特性研究(2)
根据《全球碳预算》显示，2012年中国化石燃料排放量占全球 27%，稳居全球第一，
甚至 CO2排放量有持续增长的趋势。能源危机已经越来越严重，解决能源问题，提高
能源利用率、研究节能技术、解决环境污染已经成为21 世纪最重要的课题之一了。
燃烧作为传统能源的主要利用手段自然是我们研究的重点对象。O2/ CO2燃烧技
术（亦即富氧燃烧技术）不仅能有效抑制 CO2、SO2、NOx排放，还能有效提高能源
利用率，是一种能进行综合污染治理的技术，因而近年来已经引起了学术界和工业界
的重视，越来越多的人开始研究O2/ CO2气氛下燃烧气体的燃烧特性，以解决环境污
染和能源利用的问题。虽然富氧燃烧技术对能源利用率和环境污染有较大的改善，非
常有效地减少了 CO2、NOx、SO2的排放，但是这种技术也有其缺点：氧气的获取并
不容易，这个缺点使富氧燃烧技术无法大规模广泛应用到社会。目前富氧燃烧技术主
要应用于钢铁冶金建材等工业领域。 本课题研究的重点是 CO2加入可燃气体对其燃烧
特性的影响，研究 CO2的物理或者化学特性对乙烯燃烧过程的影响，以及其对环境污
染的影响。
随着工业的快速发展，环境污染越来越严重，燃烧中产生 ( 如 CO2、NOx)对环
境有严重的污染。为了有效控制 NOx的排放，越来越多的人开始研究燃烧中 NOx的
形成过程和它的反应动力学机理，研究其对燃烧火焰速度和结构的影响。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 O2/ CO2气氛下 CH4的燃烧特性
由于国内对 O2/N2和 O2/ CO2气氛下乙烯火焰燃烧特性的研究还不是多，所以参
考文献大都选取与乙烯燃料相似的甲烷进行研究。
一般来说，实验室对O2/ CO2 气氛下 CH4 火焰温度特性进行研究，大都采用类似
于下图的实验装置：实验之前，要先将反应物（包括稀释气）各组份按比例进入混合器混合均匀, 然
后被送入反应器中燃烧。观察在 O2/ CO2 气氛下 CH4 燃烧的火焰特征以及使用铂铑
-铂热电偶测量反应器内火焰各区域的温度，得到温度分布图，从而分析研究 CO2对
火焰温度的影响。李俊等人[1]
据此得到的结果是：在还原性气氛（空气过剩系数λ=0.8）
下, 初始CO2 的体积分数越高，CH4 火焰高温区温度越低。λ=1.0 和λ=1.1 时, 初始
CO2 的体积分数与CH4火焰温度并非单纯的递增或者递减关系，不同 CO2 体积分数的温度分布曲线存在一个甚至多个拐点， 同时在 CO2的体积分数较高时, 整个火焰的
温度分布曲线有接近平直线的趋势。
CO2作为稀释气导致下游火焰前缘发生改变以及抑制火焰燃烧。 吸热过程的CO2+
H=CO + OH 和 H2O+H 为 H2 + OH 负责减少在 CO2和 H2O 的烃的中间体，增加火焰
通过羟基自由基的补充形成。它已被证明，这样的过程开始在火焰前结束的发挥和燃
烧气体的区域变得更高效[2]
。胡贤忠等人[3]
采用本生灯法对CH4/ O2/ CO2层流预混火
焰传播速度进行研究，由得到的火焰图像，采用的全面积法计算本生灯火焰的传播速
度，主要研究了在不同化学当量比、氧气体积分数和稀释剂种类(N2, CO2) 的情况下
火焰传播速度的变化规律。得到的结果是: 火焰传播的速度呈开口向下的抛物线，当
化学当量比为1 时达到最大值；火焰传播速度与氧气体积分数呈二次函数关系，起初
随氧气体积分数增加; CO2相比 N2会抑制燃料的点火[4]
，CO2比 N2更容易降低火焰
传播速度，在 CO2与 N2分别作为 CH4稀释气时，后者的燃烧速度大约是前者的五倍。