点火方式对甲烷爆炸生成气体产物的影响研究

发布时间：2021-10-11 05:30

　　采用自主研发的采空区自燃诱发瓦斯爆炸系统,实验研究电火花和高温源2种点火方式引爆CH₄的气体产物变化规律。结果表明:2种点火方式引爆CH₄后,生成的碳氧化合物规律基本一致;低体积分数爆炸几乎不生成CO;CH₄体积分数大于9.5%时,随CH₄体积分数增大,CO的体积分数随之增加;CO₂的体积分数随CH₄体积分数先增大后减小,在CH₄体积分数为9.5%时CO₂生成量的最大;电火花引爆CH₄生成CO的量高于高温源引爆;高温源引爆CH₄生成CO₂的量高于电火花引爆;电火花点火方式在CH₄体积分数>9.5%时,CO的生成较高温源点火方式有着更为敏感的表现。引爆CH₄体积分数较高（11.5%以上）的CH₄后会生成C₂H₆、C2H₄

【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(05)北大核心

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【部分图文】：

实验系统原理图

根据反应式（1）可知，1体积CH4完全燃烧需要2体积的O2,O2在空气中的占比为21%，因此1体积CH4完全燃烧需要9.52体积的空气。当CH4完全燃烧时，CH4体积在反应气体中占比为1/（1+9.52）×100%≈9.5%。由此可知，当CH4体积分数为9.5%时，CH4完全燃烧，此体积分数为理论计算出的甲烷爆炸最强的体积分数。当CH4的体积分数低于9.5%时，此时的反应过程为富氧燃烧，在此过程主要发生式（1）、式（2）的反应，生成物主要为CO2,CO的生成量几乎为0。当CH4体积分数为9.5%时，爆炸属于化学当量比状态下的完全反应，此时爆炸产物主要是CO2,CO生成量几乎为0。当CH4体积分数超过9.5%时，其反应过程为富燃料燃烧，爆炸发生的反应主要为式（3),CO的体积分数随着CH4体积分数的增大而增加。

高温源和电火花点火方式下CO2生成情况如图3。由图3可知，2种点火方式下CO2的生成规律基本一致。在CH4体积分数低于9.5%时，生成CO2的体积分数随着CH4体积分数的增大而增加，在CH4体积分数为9.5%时，CO2的体积分数达到最大值。在CH4体积分数高于9.5%时，生成CO2的体积分数随着CH4体积分数的增加而减少。高温源和电火花2种点火方式下，分别在CH4体积分数为13.5%和12.5%时，CO2的体积分数再次升高。当CH4体积分数较高时，且在高温条件下（1 000K及以上）会在反应期间积累一定量的甲醛（CH2O），发生如下反应：

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3429881