第36卷，第10期 2016年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36,No. 10pp3127-3133
October, 2016
热氧喷嘴水煤浆扩散火焰辐射光谱特性研究
胡钟赫，郭庆华，宋旭东，龚岩，于广锁* 华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室，上海200237
摘要火焰的辐射光谱可为燃烧诊断提供诸多信息，因此目前对简单的气态火焰自由基辐射特性已进行了大量研究，而关于非均相火焰的辐射光谱特性研究则相对较少。采用改进的热氧喷嘴技术在散开空间下直接点燃水煤浆，并利用光纤光谱仪和紫外成像系统，若重对甲烷和水煤浆火焰的辐射光谱及OH*的二维分布特性进行研究。绪果表明：与甲烷火焰的光谱辐射相比，水煤浆火焰不仅存在OH，，CH'和C特征辐射，还产生了Na'，Li'，K'和H'的发射谱线，并出现了连续的黑体辐射，这些光谱辐射特征可作为水煤浆气化或燃烧的标志，也可作为水煤浆是否点燃的判据；通人水煤浆后，OH'强度明显下降，而CH'和 C。"强度增大。对比甲烷火焰OH"二维分布，水煤浆火焰OH"峰值强度明显下降，化学反应区域面积显著减小：浩若火焰传播方向，甲烷和水煤浆火焰轴回的OH“强度均呈先增大后减小的趋势：甲烷火焰径回的 OO 水煤浆火焰OH'的存在范围扩大，说明氧气的增加促进了OH"的产生；随水煤浆流量提高，OH'的反应核心区域缩小，峰值强度明显下降，CH"，C，'，Na‘，Li*，K'和H*的强度显著增强，连续的黑体辐射强
度也明显增大，这些辐射光谱的变化可用于表征操作负荷的变化关键词光谱辐射；热氧喷嘴；水煤浆，甲烷；扩散火焰
中图分类号：O433.5
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)10312707
关于非均相火焰（如粉煤、水煤浆等)的光谱辐射特性研
究则相对较少。刘宇等介绍了超高分辨差分吸收光谱测量火焰中OH自由基的实验方法，用此方法对酒精灯、酒精喷灯
火陷的辐射光谱可为燃烧诊断提供许多信息，目前对天
然气、焦炉气等均相火焰陷的自由基辐射特性已进行了大量研究1-2}，但对非均相火焰如煤粉、水煤浆等的辐射光谱研究还很少。根据热氧喷嘴水煤浆火焰中自由基的光谱辐射特性，对水煤浆气流床气化炉内气化状态、火焰特征的诊断和监测具有十分积极的意义，
均相火焰（如甲烷、丙烷、焦炉气等)燃烧过程和实验开展较为简单，因此对均相火焰自由基辐射特性有较多研究。 Higgins等3-重点研究不同当量比例、压力和拉伸速率对 OH"和CH*辐射的影响，并探究运用自由基在高压下表征当量比例和燃烧稳定性的可行性。Kojima等[5探讨了甲烷预混火焰中主要反应区OH'、CH'和C二维分布形态及辐射强度的特性。Zhang等)研究了甲烷扩散火焰撞击反应区
的OH'辐射特性并讨论了气速、当量比及浮力的影响。收稿日期：2015-06-18，修订日期：2015-11-25
火焰中的OH自由基进行监测，并反演了它们的浓度。Che oreonMoon等运用CH"，C辐射强度和C。'/CH"比值随火焰传播方向的分布判断挥发分反应的反应区域。Sung 等8运用CH'判断放热区以研究了煤的特性，如挥发分含量、颗粒大小和水含量等，对消流射流粉煤火焰的影响。陈晓斌等利用光谱仪测量火焰中K原子发射谱线的相对强度比来获得火焰温度，并用该方法测量煤粉和木材的火焰温度。
热氧喷嘴技术是20世纪90年代由Andersont9}提出的，在不使用其他加热设备情况下，氧气可被加热至1600℃，形成高温热氧。Rileyr1o随后发明了热氧喷煤技术并运用到高炉设备，高温高速热氧便煤粉和氧气充分混合，煤粉可直接被点燃，实现了快速燃烧，并提高了高炉的性能和碳转化率。Guo等11将热氧技术应用到OMB气流床气化炉中，实
基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2012AA053103），国家自然科学基金项目（51406056），中国博士后科学基金项目
(2014M561425），中央高校基本科研业务费专项资金项目（222201414030)资助
作者简介：胡赫，1990年生，华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室博士研究生
方方据系人e-mail：gsyu@ecust.edu.cn
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