添加H_2对生物质气层流燃烧特性的影响_王发辉.pdf

文章编号:1009-6094(2023)03-0943-09添加 H2对生物质气层流燃烧特性的影响*王发辉1，陈亚宁1，张丹2，温小萍1，张安超1(1 河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作 454000;2 河南理工大学土木工程学院，河南焦作 454000)摘要:为研究 H2对生物质气层流燃烧特性的影响，在内径和长度均为 200 mm，点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为 0.6 1.4、H2体积分数为 7.15%33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片，并通过计算分析软件 Chemkin Pro 进行化学反应路径分析。研究结果表明:添加 H2对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用，在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著，使火焰的不稳定性增强;火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因;H2主要通过参与 HCO 基团氧化加快反应速率，富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是 H2作用的路径多为有 O2参与的反应。关键词:环境工程学;生物质气;燃烧特性;反应路径中图分类号:X752文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.2232*收稿日期:2021 12 13作者简介:王发辉，副教授，博士，从事多相流与清洁燃烧理论与技术研究，fahui hpu edu cn;张丹(通信作者)，副教授，博士，从事清洁燃烧和污染物处理研究，。基金项目:国家自然科学基金项目(51774115)0引言生物质能作为全球四大能源之一，有低污染、广分布、总量丰富、可再生的特点，是实现 2030 年碳达峰与 2060 年碳中和的重点利用能源1。近年来，生物质能的主要利用方式为直接燃烧。但直接燃烧易产生结焦现象，且燃烧过程中会产生高温碱金属元素进而腐蚀燃烧设备，不易于生物质能的推广应用。生物质制备合成气是利用生物质中的碳氢化合物分解、转化以获得合成气的技术2，其不仅适用性广还可避免直接燃烧过程中产生的一系列问题，是利用生物质能最具潜力的手段之一。生物质气的成分中不仅包含可燃性气体 H2、CO、CH4，还含有一定量的低热值燃料 CO2和 N23 4。低热值燃料有燃烧稳定性差、易熄火的特点，对设备的稳定运行产生了极大考验5。目前向低热值燃料中掺混高热值燃料是解决低热值燃料燃烧问题的主要方法之一6。H2因高热值特性且燃烧产物环保成为掺混燃料的首要选择，因此开展添加 H2对生物质气/空气的燃烧特性的研究，对生物质能的发展前景具有重要的理论和现实意义。近年来，学者们对掺氢燃料的燃烧特性及燃烧机制进行了试验和数值模拟研究。2006 年，张勇等7 首次利用定容燃烧弹进行了掺氢天然气/空气的燃烧试验，结果表明随着天然气中掺氢比例的增加，混合气的燃烧速率呈指数规律增加，火焰的稳定性下降，这为掺混 H2气体燃料的层流燃烧理论奠定了基础。罗振敏等8 研究了以 H2为主要成分的可燃气体对低浓度 CH4/空气混合物的压力特性和火焰传播行为的影响，结果表明随混合气体体积分数增加，低浓度 CH4/空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加。尚融雪等9 测量了掺氢体积比为 25%75%时CH4/H2/空气的层流燃烧速度。结果表明:当掺氢比小于 50%时，CH4主导燃烧过程;当掺氢比大于50%时，H2对合成气燃烧的过程起显著促进效果。Chen 等10 利用本生灯法测量了 H2/CO 混合气在不同氢气比例下的层流燃烧速度，研究结果表明与纯CO 燃料相比，掺氢体积比为 10%90%时层流燃烧速度的峰值增大了 2.5 12.5 倍，并提出了随着H2含量增加，H2/CO 层流燃烧速度的增长趋势为快速增长到线性增长再到快速增长。2014 年，张扬11 在试验的基础上对 H2/CO/空气贫燃条件下层流火焰进行了数值模拟。结果表明贫燃条件下，H2组分的扩散效应和热力学效应几乎不影响合成气的层流燃烧速度;当 H2份额较少时，含氢成分对 CO 火焰有显著的动力学增强作用;当 H2份额较大时，H2/O2化学动力学主导燃烧过程。Song 等12、Hu 等13 对CH4/H2/空气的燃烧过程进行了化学动力学分析，提出 H2主要是通过提高与质量燃烧速率线性相关的活性自由基 H 基和 OH 基的浓度来促进层流火焰速度。Khan 等14 对 CH4/C2H6/C3H8混合燃料掺氢燃烧特性的研究中发现当量比为 1 时 H2对燃料的影响较小。Zhang 等15 用定容燃烧弹法对 CO2/N2稀释下 CO/H2/CH4层流火焰进行了试验研究和数值模拟，结果表明合成气的 Marsktein 长度随当量比的变化呈倒 U 型趋势，H2体积分数增加使合成气火焰整体的不稳定性增强。此外，Zhang 等15 还使用了多种机理模型(USC 2.0、San Diego 2016、Davis、349第 23 卷第 3 期2023 年 3 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 3Mar，2023FFCM 1 和 GI 3.0)对合成气的层流燃烧速度进行了试验值与模拟值对比，结果表明 FFCM 1 和 GI3.0 模型与试验匹配良好。学者们对掺氢燃料燃烧特性的研究表明 H2对燃料的层流燃烧速度总体上起促进效应，但促进能力和方式与 H2的体积分数和燃料组分密切相关。目前对单组分燃料掺氢方面的研究较为系统和全面，相比之下双组分燃料掺氢的试验结果和模拟数据研究较少，对含有多种组分的复杂气体生物质气掺氢的研究也不完整，缺少对掺氢生物质气的路径分析，因此有必要对掺氢生物质气/空气层流燃烧特性进行系统研究。本文通过对 H2体积分数变化下生物质气/空气的层流燃烧速度及化学动力学分析，研究 H2组分变化对生物质气燃烧特性的影响规律，为改善生物质气的燃烧特性和未来利用生物质气技术提供数据支持及理论依据。图 1试验装置Fig 1Experimental facility1试验研究1.1试验装置及气体配比层流燃烧速度是燃烧特性中的一个重要参数。本文使用球形火焰法，利用自行搭建的定容燃烧弹试验平台获得变 H2体积分数下生物质气/空气的层流燃烧速度。试验系统主要由定容燃烧弹系统、配气系统、点火系统、数据采集系统组成，见图 1。定容燃烧弹系统提供了一个两侧安装透明石英玻璃的圆柱形燃烧室，腔体材料为 304 钢。观察燃烧过程的窗口直径为 150 mm，燃烧室内径 200 mm、长度200 mm，可承压 20 kPa。配气系统由气瓶、减压阀、质量流量控制器、精密数字压力表和真空泵组成。按照道尔顿分压法向燃烧室中配比燃料及氧化剂，其中质量流量控制器(ALICAT 21，美国艾利凯特公司)和精密数字压力表(JDYBS C2，淮安精大仪表有限公司)的精度均为 0.5%。点火系统的主体是高能脉冲点火器，瞬间输出电压为 15 kV，连接直径为0.45 mm 钨丝产生电火花点燃燃料。数据采集系统包含高速摄像机、瞬时压力传感器和数据采集卡，以记录火焰形态及燃烧室内压力变化情况。高速摄像仪(M310，美国 Vision esearch)的最高帧速为 3200 帧/s，数 据 采 集 卡(USB 1208F，匈 牙 利Measurement Computing Corporation)采集速率为 15kHz，高 频 压 力 传 感 器(Keller P 23，瑞 士KELLE)的测量范围为 0.1 2 MPa。试验步骤为:检验配气及定容燃烧弹系统气密性，验证气密性良好后依照设定的试验工况，并将定容弹抽真空，依次充入 H2、CO、CH4、CO2、O2、N2，静置 10 min 使气体混合均匀;触发高速摄像机、瞬时压力传感器，点火记录燃烧过程。每次试验至少重复 3 次以检查试验结果的可重复性，并采用平均数据进行分析。试验初始温度和初始压力为300 K 和0.1 MPa，设置当量比()为 0.6 1.4，生物质气中 CH4、CO、CO2、H2和 N2体积分数比为 4.55 19.25 11.2 7.1557.85。本文采用 H2取代 N2的方式以减少 H2稀释效应对试验的影响，故使用 Hi表示 H2占 N2和 H2总体积分数的比例，H11表示体积分数为 11%的 N2被H2取代;其余燃料用 SG表示。燃料由体积分数为35%SG和体积分数为 65%Hi构成，H2在总燃料中的体积分数由 7.15%变化至 33.15%，详细配比以及基本的物理性质见表 1。449Vol 23No 3安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 3 期表 1燃料混合物成分Table 1Fuel mixture composition燃料燃料气体体积分数/%SG(35%)Hi(65%)CH4COCO2H2N2燃料密度/(kgm 3)空燃比“SG+H11”“SG+H21”“SG+H31”“SG+H41”“SG+H51”13553211891.121.1421791.051.2531690.981.3741590.891.4951490.971.601.2数据处理本文通过处理球形火焰图像的面积来测量层流预混火焰传播速度。采用 Image Pro Plus 图像分析软件(IPP)处理图像数据来获得球形火焰半径 rf。球形火焰传播过程会受到火焰拉伸的影响，火焰扩散初期(rf 30 mm)燃烧室内压力变化较小，拉伸层流火焰传播速度(Sb)和火焰拉伸率()近似呈线性关系;当拉伸率无限趋近于 0 时，拉伸层流火焰传播速度可看作无拉伸层流火焰传播速度(Sl)。拉伸层流火焰传播速度(Sb，cm/s)为火焰半径(rf，cm)对时间(t，s)的变化率16，见式(1)。Sb=drfdt(1)火焰拉伸率(，s1)为火焰表面微小面积(A，cm2)的对数值对时间(t，s)的求导17，在球形火焰中表示为=d(lnA)dt=2rfd rfdt=2rfSb(2)拉伸层流火焰传播速度(Sb，cm/s)和火焰拉伸率(，s1)的关系式为Sl Sb=Lb(3)式中Sl为无拉伸层流火焰传播速度，cm/s;Lb为马克斯坦长度，mm。利用式(2)和(3)分别求 Sb和 后将直线 Sb 外推至 =0，此时 Sb轴上截距即为无拉伸层流火焰传播速度。除线性方法外，利用拉伸火焰速度与火焰拉伸率之间的非线性关系同样可以得到无拉伸层流火焰传播速度。=M Sb2 N Sb2ln Sb2(4)Sl=eM2N(5)Lb=12NeM2N(6)常数 M 和 N 可以由拟合 Sb 关系获得，利用式(5)和(6)可以分别获得无拉伸层流火焰传播速度和马克斯坦长度。根据火焰前锋质量守恒以及对火焰前沿连续方程，可确定无拉伸层流燃烧速度 SL。SL=bSbu。(7)式中b和 u分别表示已然气体和未燃气体密度，kg/cm3，可由 Chemkin Pro 的 Equilibrium 模型计算获得。1.3试验结果与讨论当量比为 1 时，“SG+H31”“SG+H41”“SG+H51”火焰的发展过程可以直观地观察到随着 H2的体积分数增高，火焰的图像更加明亮，其传播速度有明显提升，见图 2。另外，火焰初期的球体形状随着H2体积分数的增高趋向规整，火焰发展后期火焰表面凹凸不平的现象明显。“SG+Hi”/空气在当量比为 1 时火焰的拉伸火焰速度与拉伸率之间的线性与非线性18 关系图，见图 3。由图 3 可知火焰的拉伸率随着火焰半径的增大而减小，当火焰拉伸率无限趋近于 0 时可以认为此时拉伸火焰的传播速率与无拉伸的火焰传播速率相等，由此获得“SG+Hi”的层流燃烧速度。以“SG+H11”为例，非线性与线性算法不同无拉伸火焰传播速度相差 4 cm/s。由于本文中非线性算法中拉伸率趋近于 0 时与等于 0 时火焰速度存在阶梯式下降，故采用线性方程计算无拉伸火焰传播速率。1.3.1层流燃烧速度各试验工况下层流燃烧速度与标准化层流燃烧速度的变化规律，见图 4。从图 4(a)可以看出，随着当量比的增加，燃料的层流燃烧速度均呈现出先增大后减小的趋势，Hi中 H2体积分数由11%增至51%时，峰值层流燃烧速度分别为 9.6 cm/s、18.2 cm/s、5492023 年 3 月王发辉，等:添加 H2对生物质气层流燃烧特性的影响Mar，2023图 2不同 H2体积分数下火焰的传播过程Fig 2Flame propagation process under differentH2volume fraction图 3当量比为 1 时“SG+Hi”/空气火焰的拉伸火焰速度与拉伸率之间的线性(实线)和非线性(虚线)关系Fig 3Linear(solid line)and non-linear(dotted line)relationship between“SG+Hi”/air flame stretchingflame speed and stretching rate at =127.8 cm/s、39.9 cm/s、54.7 cm/s 和 70.2 cm/s，增幅达 60.6 cm/s;峰值点所处位置由当量比 1.2 逐渐朝富态偏移至当量比 1.3 左右。当量比一定时生物质气/空气的层流燃烧速度随 H2体积分数的增大而升高，贫燃和富燃侧增幅有明显区别，因此当量比也是影响层流燃烧速度的一大因素。为了表征在不同当量比下添加 H2对生物质气层流燃烧速度促进能力的影响，引入标准化层流燃烧速度 SN17，即添加H2后层流燃烧速度的放大系数，表达式为SN=SL(SG+Hi)SL(SG+H0)。(8)式中SL(SG+Hi)和 SL(SG+H0)分别为同一当量比时“SG+Hi”和“SG+H0”(即 N2完全取代 H2)的层流燃烧速度，SL 1 表示添加气 Hi对层流燃烧速图 4不同燃料组分混合气在不同当量比下的层流燃烧速度和标准化层流燃烧速度 SNFig 4Laminar burning velocity and the normalizedlaminarburningvelocityofdifferentfuelcomponent mixtures at different equivalence ratios度起促进作用，SL越大促进能力更强。SL的计算结果见图 4(b)。结果显示添加 Hi对层流燃烧速度的促进效应与当量比呈非线性关系，低当量比(=0.6 1.0)和高当量比(=1.1 1.4)下变化趋势完全不同。固定 H2的体积分数不变时，低当量比下H2的促进效应基本不变，高当量比下 H2的促进效应呈指数型增长且最高可达 21 倍。贫燃时，富余的氧化剂未参加燃烧反应并充当稀释剂的角色，热效应是影响层流燃烧速度变化的主要原因，此时当量比对促进能力的影响不大;富燃时，化学效应引起了促进能力剧增的现象，这与 Khan 等14 的研究结果相似。1.3.2火焰稳定性分析球形膨胀火焰在传播过程中受到多重因素的影响，火焰锋面会表现出现褶皱、裂纹、火焰胞状结构以及火焰整体上移等不稳定现象，会给工业安全应用带来负面影响。本文通过测量球形火焰的面积来计算层流燃烧速度，只考虑传质和传热不对等引起热扩散不稳定性和初期火焰对拉伸的敏感性，可分别由有效刘易斯数和马克斯坦长度衡量，见图 5。649Vol 23No 3安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 3 期由图 5(a)可知，有效刘易斯数随 H2体积分数的增大呈减小趋势，整体上 H2体积分数增大使火焰热扩散不稳定性增强，含氢燃料火焰处于稳定时 H2体积分数小于21%。当 H2与 N2混合气中 H2体积分数为21%时，火焰在当量比小于0.9 时保持稳定，大于 0.9 时由火焰稳定转变为火焰不稳定，富燃时火焰传播的热扩散不稳定性比贫燃火焰明显。从图5(b)中可以看出，火焰马克斯坦长度始终大于 0，且当量比升高时呈现先减小后增大的变化趋势。随着H2体积分数的增大，马克斯坦长度逐渐减小，此时火焰趋于稳定传播，不稳定性随 H2体积分数的升高而增强。在工业中除特殊情况外一般希望火焰稳定传播，减少安全隐患。因此综合考虑生物质气中 H2体积分数不宜超过工况中“SG+H21”情况，即 H2体积分数不宜超过总燃料的 13.65%。图 5不同燃料组分混合气的有效刘易斯数和马克斯坦长度Fig 5Effective Lewis number and Markstein lengthof different fuel component mixtures2数值模拟本文对生物质气/空气的层流燃烧速度的分析得知添加 H2主要是通过化学效应影响层流燃烧速度，但燃烧过程中化学反应的变化无法通过试验获得。从微观方面对化学反应机理的研究有助于揭示化学反应本质，因此通过数值计算软件 Chemkin Pro 从化学动力学角度分析添加 Hi对层流燃烧速度的影响。2.1数值模拟方法与模型的验证本文采用 Chemkin Pro 中的 PEMIX 模型进行数值计算。假设火焰是稳态的一维过程，模拟过程考虑 Soret 效应，输运参数采用多组分输运模型。设置的网格数量为 800 时火焰速度完全收敛以满足计算要求，自适应网络计算区域为 2 10 cm。使用 Chemkin Pro 软件模拟合成气“SG+H11”/空气在当量比为 0.6 1.4 时层流火焰燃烧速度见图 6。对试验结果和 3 种机理模型(GI 3.0、FFCM_1 和 San Diego)结果进行对比可以发现:这 3种机理均能对“SG+Hi”/空气的层流燃烧速度进行很好的预测;其中 GI 3.0 机理在贫燃和富燃的条件下，预测结果与试验结果偏差最小，故采用 GI3.0 机理进行分析。图 6常温常压下“SG+H11”/空气混合物的层流火焰速度模拟值与试验值对比Fig 6Comparison of laminar burning velocities of“SG+H11”/air mixtures between experimental anddifferent chemical kinetic models under normaltemperature and pressure2.2敏感性分析为评估基元反应对层流燃烧速度的影响比重以及找出不同燃料成分影响层流火焰速度的最敏感的基元反应，本文利用质量燃烧速率的敏感性系数来进行敏感性分析。敏感性系数绝对值的大小代表其对层流燃烧速度的影响比重，正值时表示该反应对层流燃烧速度起促进作用，负值则起抑制作用。选取当量比为 0.6、1.0 和 1.4 时，对“SG+Hi”/空气层流燃烧速度影响最大的 15 个基元反应的敏感性系数进行分析(图 7)，从图 7 可以看出，链35、36、38 和 99 等反应对层流燃烧速度的变化最为敏感。7492023 年 3 月王发辉，等:添加 H2对生物质气层流燃烧特性的影响Mar，2023贫燃时，链终止反应 99 和链起始反应 38 有着相差不大的正敏感性系数，前者 CO 分子和 OH 基反应生成 H 基和稳定产物 CO2，后者由 H 基分解 O2分子产生 O 基和 OH 基，这些能够产生大量的自由基的链反应最终使整体反应过程加快。消耗 H 基的链起始反应 35 和 36 是重要的抑制反应。N2和 H2O 的存在使 O2与 H 基竞争生成中间产物 HO2，降低了 H 基的浓度从而抑制燃烧的正向进行。图 7常温常压下“SG+Hi”/空气混合物的敏感性分析Fig 7Sensitivity analysis of“SG+Hi”/air mixturesunder normal temperature and pressure富燃时，链反应 38 成为最主要的正向主导反应。O2对 H 基的竞争能力增强，每个 H 基可以产生两个活性自由基 O 基和 OH 基;而 O 基和 OH 基又可以通过链传播反应 10 和 99 分别与 CH3和 CO反应共产生两个 H 基，从而使整体的 H 基浓度增大，促进燃烧的正向进行。此时的第三体反应 52中 CH3竞争 H 基是使 H 基减少的最重要基元反应。对 H2体积分数变化最为敏感的是 3、36、52和 84 等反应。随着 H2体积分数的升高，与分解H2分子中 H 基有关的链反应 3 和 84 的敏感性系数增大，这意味着增大 H2的体积分数使 H2对 H 基和 OH 基的竞争力增强。与 CO 竞争 OH 基和 O2竞争 H 基的链反应 99 和 38 的敏感性系数减小，但99 和 38 依然保持较大的活性自由基产量。随着H2体积分数的逐渐增大，第三体反应 43 中第三体M 与 H、OH 基团竞争，开始抑制反应的进行，起主导图 8“SG+Hi”/空气混合物中 H 基团的最大摩尔分数与层流燃烧速度的拟合关系Fig 8Fitting relationship between maximum molefraction ofHgroupandlaminarburningvelocities in“SG+Hi”/air mixtures抑制作用的链反应 52 负敏感性系数逐渐减小，其对质量燃烧速率的抑制作用逐渐减小，进而促进燃烧反应的进行。2.3活性自由基和主要基元反应速率尚融雪等19 发现层流燃烧速度与反应过程中活性基团最大浓度呈正相关的关系。“SG+Hi”/空气混合物的活性自由基团 H 基的最大摩尔分数与层流燃烧速度之间的关系图表明了此线性关系，见图 8。选取当量比为 1.4 时“SG+H11”/空气和“SG+H51”/空气燃烧过程最主要的 6 个基元反应的净反应速率见图9，对比发现 H2与 N2混合气中 H2体积分数从 11%增至 51%时，所有基团净反应速率均增大 10 倍左右，反应区距离缩短，自由基的摩尔分数快速上升。链反应 38 是促进反应进行最主要的反应，它始终保持对 H 基最大的竞争力，是燃烧过程中最重要的反应;链反应 99 处于总反应过程的末端，代表燃烧的进行程度;链 38 和链反应 46是提供链反应 99 消耗的 OH 基的最主要来源，随着 H2体积分数的增加 HO2基的生成浓度增大，直接促使链反应 46 反应速率增大，最终使整体的反应进程缩短、反应过程加快，表现为反应区间距离减849Vol 23No 3安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 3 期图 9当量比为 1.4 时“SG+H11”/空气和“SG+H51”/空气混合物主要基元反应的净反应速率Fig 9Net reaction rate of main element reaction of“SG+H11”/air and“SG+H51”/air mixtures at=1.4小、层流燃烧速度增大的过程。2.4化学反应路径分析为了进一步揭示 H2对混合气 SG燃烧过程的影响，结合主要基团浓度变化分析研究“SG+Hi”燃烧过程中的反应路径图，见图 10。其中实线代表 SG/空气的主要反应途径，虚线代表添加 H2之后化学反应路径的改变，首位基团(加粗字体)为下一级反应消耗的基团。从整体化学反应路径来看，燃烧过程中 CH4氧化过程最为复杂，横贯整个反应进程，是制约化学反应进行的关键燃料，而 CO 和 H2的氧化相较简单。H2体积分数的升高主要在 3 条路线上促进 CH4/CO的氧化过程:1)促进 CO 的氧化生成 CO2的过程，属于终止反应;2)促进 CH 基团的氧化过程，和 CH 基团与 O2共同生成 HCO 基团;3)HCO 基团进一步的氧化生成 HO2过程。这也是 H2影响燃烧进程最主要的过程，因此在富燃的情况下，H2的促进效应成倍增长。除此之外，H2自身的氧化过程也可直接促使活性自由基的浓度增大，加快燃烧进程。H2、CH3与图 10基于 GI 3.0 机理的化学反应路径分析Fig 10eaction pathway analysis using the GI 3.0 model第三体发生反应生成 CH4是 H2抑制 CH4氧化过程的最主要路径，但其对整体燃烧过程的影响几乎可以忽略不计。3结论本文主要对温度 300 K、压力 0.1 MPa 下“SG+Hi”混合物的层流燃烧过程进行试验研究和数值模拟，分析了 H2对生物质气燃烧特性和化学反应路径的影响，主要得出了以下主要结论。1)H2对燃料的层流火焰燃烧速度起促进作用，当 Hi中 H2体积分数从 11%增至 51%时，层流燃烧速度峰值从 18.2 cm/s 增加到 70.2 cm/s，其促进作用在贫燃侧基本一致而在富燃侧影响显著。2)H2体积分数增大使火焰热扩散不稳定性增强，当 Hi中 H2体积分数为 21%时，随着当量比的增大燃烧过程中火焰由火焰稳定转为火焰不稳定，从节约成本和安全的角度考虑，对于本文中的生物质气中 H2体积分数不宜超过 13.65%。3)H2体积分数增加引起火焰结构中主要自由基浓度的增大是造成层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因，低氢体积分数时链反应 99 和链反应38 是主导反应进行的最主要基元反应，随着 H2体积分数的增加链反应 38 代替 99 成为主导燃烧过程的最主要基元反应。4)H2在富燃侧对层流燃烧速度影响显著的原因是 H2参与的促进燃料氧化的路径大多涉及 O2参与的基元反应，因此工业上对掺氢生物质气的燃烧工况的应采用富燃燃烧。参考文献(eferences):1 蒋剑春 生物质能源应用研究现状与发展前景J 9492023 年 3 月王发辉，等:添加 H2对生物质气层流燃烧特性的影响Mar，2023林产化学与工业，2002(2):75 80.JIANG J CProspect on research and development ofbiomass energy utilization J Chemistry and Industry ofForest Products，2002(2):75 80.2肖陆飞，哈云，孟飞，等 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sphericalbomb methodJ Experimental Thermal and FluidScience，2003，27(4):385 393.18 WILlIAMS F A Combustion theoryM Boca aton:CC Press，2018:19 86.19 尚融雪，高俊豪，杨悦，等 CO2/N2稀释对 H2/CH4层流火焰传播特性的影响 J 东北大学学报(自然科学版)，2020，41(9):1321 1327.SHANG X，GAO J H，YANG Y，et al Effect ofCO2/N2dilution on the propagation of laminar flames ofH2/CH4 J Journal of Northeastern University(NaturalScience)，2020，41(9):1321 1327.059Vol 23No 3安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 3 期Effect of adding H2on laminarcombustion characteristics of biomass gasWANG Fa-hui1，CHEN Ya-ning1，ZHANG Dan2，WEN Xiao-ping1，ZHANG An-chao1(1School of Mechanical andPowerEngineering，HenanPolytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China;2School of Civil Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China)Abstract:To study the effect of H2on laminar combustioncharacteristics of biomass gas，hydrogen-doped biomass gas/aircombustion experiments were carried out with volume fractions7.15%33.15%hydrogen at an equivalent ratio equal to 0.6 1.4.These experiments were in a constant volume burningbomb with an inner diameter and length of 200 mm and theignition position was in the centerIgnition electrodes weremodified by welding 0.45 mm tungsten wire with two ceramicsingle-stage ignition rods，which is the main compo