煤颗粒燃烧产物时空动态特性研究

The dynamic characteristics of the product radicals in the flame such as C2, OH, CH, CN, NO, CO, H2O and CO2, etc. could reflect chemical reaction process of the coal combustion process and pollutants generation. The radical emission spectra from laser ignition of single coal particle are detected by the advanced emission detection technology. Temporal and spatial characteristics of the radical emissions are analyzed to reveal the dynamic process of the combustion of single coal particle. From the detected molecular emission, a theoretical simulation is used to realize the temporal and spatial diagnosis of the flame temperature and radical concentrations. The combustion of single coal particle is also performed under different gas environments with different ratio of O2/N2 and O2/CO2 to study the correlation between the radical emissions of the flame and the gas environment. The temporal and spatial analysis of the NOx formation with different paths is also conducted by using isotope tracer to further reveal the mechanism of NOx formation. The goal of this project is to realize the detection of radical emissions in the flame and provide a theoretical and experimental basis for the combustion process and the formation mechanism of pollutants.

煤燃烧火焰中产物基团（C2、OH、CH、CN、NO、CO、H2O、CO2等）的时空变化特性，反映了煤燃烧过程及污染物生成的化学反应过程。本项目利用先进的发射光谱探测技术，实现激光点燃单颗粒煤燃烧过程中产物基团的发射光谱的探测，分析各基团发射光谱强度的时空分布特性，揭示煤颗粒燃烧过程各基团的变化规律；利用所探测基团的分子光谱，结合光谱拟合方法，实现火焰温度和产物基团浓度的时空变化诊断；研究不同燃烧气氛（不同O2/N2、O2/CO2比例）条件下煤颗粒燃烧过程火焰的变化，建立燃烧过程中产物基团发射光谱与燃烧气氛的关联；利用同位素示综法，研究NOx生成与转化过程中中间与最终产物基团时间和空间变化，进一步揭示NOx的不同形成途径。通过本项目的研究，可为进一步揭示煤燃烧过程及污染物的形成机理提供理论和实验依据。

化石燃料将在未来相当长时期内继续主导全球能源结构。人类利用能源的方式仍将以燃烧为主。应用燃烧诊断技术，发现和掌握燃烧规律是深化燃烧机理研究的主要方法。燃烧火焰是表征燃烧状态变化最直接的反映，本项目以借助激光点火技术实现单颗粒煤燃烧过程为研究对象，搭建了可有效实现煤颗粒燃烧火焰发射光谱时空动态变化特性研究的实验平台，获取了典型煤种颗粒燃烧发射光谱及火焰温度的时空动态变化特性，以及不同环境气氛条件下，煤颗粒燃烧产物发射光谱的动态特性。同时将激光诱导击穿光谱技术（LIBS）应用于气体、固体燃料火焰光谱的诊断，实现了火焰空间结构的特性分布的检测，同时得到了分子基团CN与单颗粒煤燃烧NOx的形成关联，并提出了应用等离子体能量实现火焰局部温度场诊断的方法。所得到的分析结果，对深入理解气体、固体燃料的燃烧过程有一定的借鉴意义。