王文超，李法社，申逸騁，劉作文

地溝油生物柴油與正丁醇/乙醇混合燃料燃燒火焰特性

王文超1, 2，李法社1, 2，申逸騁1, 2，劉作文1, 2

(1. 昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，昆明 650093；2. 冶金節(jié)能減排教育部工程研究中心，昆明 650093)

為研究不同配比下生物柴油混合燃料燃燒特性，設(shè)計(jì)了一套生物質(zhì)液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)可產(chǎn)生生物柴油及其混合燃料層流預(yù)混火焰，結(jié)合OH-PLIF平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)測(cè)定并分析燃燒火焰的高度和鋒面面積以及層流預(yù)混火焰的傳播速度和OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度等燃燒特性．結(jié)果表明隨著正丁醇或乙醇添加比例的增大，兩種混合燃料燃燒火焰高度、火焰鋒面面積呈下降趨勢(shì)；火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸噬仙厔?shì)．在混合燃料中，正丁醇的體積分?jǐn)?shù)越大，燃燒火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度越大，而乙醇的體積分?jǐn)?shù)越大，混合燃料燃燒火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度越小．

生物柴油；正丁醇/乙醇；混合燃料燃燒特性；OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度

生物柴油是一種由植物油或動(dòng)物油衍生的，可生物降解，無(wú)毒，無(wú)硫的燃料，一般是經(jīng)過(guò)酯交換反應(yīng)產(chǎn)生的，其催化劑一般為堿、酸、酶[1-2]．生物柴油和石化柴油的組分、性質(zhì)相似，可以按任意比例互溶，兩者區(qū)別主要在于生物柴油組分中氧含量較高，且不含有芳香烴和環(huán)烷烴成分[3-4]，并且由于化石燃料的日益枯竭，生物柴油是可滿足世界能源需求的替代燃料[5-8]．同時(shí)生物柴油可減少污染物和顆粒物的排放，包括SO2、CO和碳?xì)浠衔锏龋芯勘砻鱗9-10]，以生物柴油作為燃料環(huán)境優(yōu)勢(shì)巨大，燃燒后其排放物的中CO、HC化物含量極低，但會(huì)造成NO的排放量稍有增加．高溫是燃燒過(guò)程中產(chǎn)生NO重要條件之一，而醇類有較高的汽化潛熱，通過(guò)向生物柴油中添加一定量的醇類，可以使燃燒過(guò)程的燃燒溫度降低，破壞了NO的生成條件，使燃燒排放物中的NO含量大幅度降低，達(dá)到降低總體排放量的目的．此外，醇類燃料為含氧高的液體燃料，其含氧量一般要高于生物柴油，燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自供氧反應(yīng)，與生物柴油混配后，可以使兩者的燃燒更加完全，燃燒效率提高．因此，生物柴油與醇類混配后的混合燃料的燃燒效率更高、燃燒更加完全，同時(shí)能夠降低能耗，減少CO、HC、NO、SO等化合物的排放[11-15]．

本項(xiàng)研究基于本生燈原理以及實(shí)驗(yàn)室條件，設(shè)計(jì)搭建了一套生物質(zhì)液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)正常運(yùn)行并可以產(chǎn)生生物柴油層流預(yù)混火焰．基于激光的診斷技術(shù)具有曝光時(shí)間短和信噪比高的缺點(diǎn)，難以精確確定反應(yīng)區(qū)的邊緣．平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(planar laser-induced fluorescence，PLIF)是現(xiàn)在應(yīng)用于燃燒場(chǎng)、電離場(chǎng)研究的重要手段，利用平面激光誘導(dǎo)熒光，通過(guò)調(diào)節(jié)激發(fā)波長(zhǎng)可以精確選擇特定基團(tuán)，通過(guò)高靈敏度ICCD成像可以獲得基團(tuán)空間濃度分布信息．可以為這些問題提供一個(gè)很好的解決方案．本文采用OH-PLIF技術(shù)研究地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料、地溝油生物柴油/乙醇混合燃料的燃燒火焰特性，探究了混合燃料的火焰高度、火焰鋒面面積等火焰特性以及層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/p>

1?試驗(yàn)裝置與材料

1.1?試驗(yàn)材料

以正丁醇、乙醇以及地溝油生物柴油為試驗(yàn)材料，向地溝油生物柴油中分別添加一定量的正丁醇和乙醇，配制出體積分?jǐn)?shù)分別為0、10%、20%、30%、50%的地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料和0、5%、10%、20%、30%的地溝油生物柴油/乙醇混合燃料，利用OH-PLIF技術(shù)研究地溝油生物柴油混合燃料燃燒火焰特性．正丁醇、乙醇均購(gòu)買于天津化學(xué)試劑二廠，地溝油生物柴油購(gòu)買于云南神宇公司，地溝油生物柴油及其混合燃料基本理化性質(zhì)如表1所示．

表1?地溝油生物柴油及其混合燃料基本理化性質(zhì)

Tab.1?Basic physical and chemical properties of waste oil biodiesel and its fuel blends

1.2?試驗(yàn)儀器及方法

如圖1所示，基于本生燈原理設(shè)計(jì)搭建生物質(zhì)液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)，可正常穩(wěn)定運(yùn)行且產(chǎn)生穩(wěn)定的層流預(yù)混燃燒火焰，該系統(tǒng)主要由5部分組成，包括供氣系統(tǒng)、載氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、霧化蒸發(fā)系統(tǒng)和燃燒器．供氣系統(tǒng)由空氣氣路和氧氣氣路組成，具體包括空氣壓縮機(jī)、流量計(jì)、氧氣瓶、混氣瓶、氣體加熱器等；載氣系統(tǒng)包括空氣瓶、流量計(jì)、氣體加熱器；燃料系統(tǒng)包括燃料注射泵以及液體加熱器；霧化蒸發(fā)系統(tǒng)包括液體噴吹針頭、氣體噴吹針頭1、氣體噴吹針頭2、霧化蒸發(fā)腔體、陶瓷加熱器和測(cè)溫?zé)犭娕迹?/p>

空氣經(jīng)過(guò)氣體加熱器時(shí)被加熱至200℃，后經(jīng)氣體噴吹針頭2(氣體噴吹針頭2出口管徑較大，為2mm)輸送到霧化燃燒腔內(nèi)．霧化燃燒腔外圍設(shè)有輔助加熱設(shè)備陶瓷加熱器，對(duì)腔體內(nèi)部的溫度進(jìn)行精確調(diào)控，使內(nèi)部及氣體溫度保持在200℃；與此同時(shí)，燃料系統(tǒng)的液體加熱器將生物柴油燃料預(yù)熱至60℃，預(yù)熱后的生物柴油燃料同樣經(jīng)噴吹針頭噴吹到霧化蒸發(fā)腔體中，與載氣系統(tǒng)中加熱至溫度200℃、調(diào)壓至0.7MPa的空氣，在霧化蒸發(fā)腔體中碰撞混合，空氣將生物柴油噴吹霧化成小液滴，并在霧化腔體內(nèi)的高溫環(huán)境下迅速蒸發(fā)成氣體隨氣流進(jìn)入燃燒器中；供氣系統(tǒng)中的空氣/氧氣混合氣體加熱至60℃后通入到霧化燃燒器的外側(cè)圓形套筒中，助燃空氣提供保護(hù)作用，促進(jìn)混合油在燃燒器中燃燒，其中，氣體噴吹針頭1與液體噴吹針頭夾角為90°，出口管徑均為0.34mm．為驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)可靠性，通過(guò)馬爾文激光粒度儀測(cè)量燃燒器的上方出口處是否有未蒸發(fā)大顆粒液滴存在，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在霧化氣體量較大時(shí)，霧化效果較好，液滴粒徑小容易蒸發(fā)，未發(fā)現(xiàn)有液滴存在；而在霧化氣體量較低時(shí)，發(fā)現(xiàn)有極少量液滴存在．系統(tǒng)實(shí)物如圖2所示．

圖1?生物質(zhì)液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)示意

Fig 1?The composition of atomization and evaporation combustion system of biomass liquid fuel

圖2?生物質(zhì)液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)實(shí)物

同時(shí)，利用OH-PLIF系統(tǒng)對(duì)生物柴油層流預(yù)混火焰進(jìn)行檢測(cè)并分析．OH-PLIF系統(tǒng)[15-16]如圖3所示，包括Nd：YAG激光器(型號(hào)：LAB-170-10H)；Sirah染料激光器(型號(hào)：CBST-G-30-EG)；Sirah倍頻晶體；控制器(energy monitor controller)；配備有UV透鏡和OH濾光片和控制器的片狀光學(xué)部件的LaVision相機(jī)(CCD類型：Imager LX2M 1600×12007.4μm；增強(qiáng)器類型：25mm V7670U-70-P43)以及計(jì)算機(jī)和編程定時(shí)單元(PTU)．OH-PLIF系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度為22℃，室內(nèi)濕度為60%．

圖3?OH-PLIF系統(tǒng)示意

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，YAG激光器產(chǎn)生355nm的激光，為使層流預(yù)混火焰中的OH基由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，因此YAG激光器產(chǎn)生的激光需先通過(guò)燃料激光器和倍頻晶體裝置進(jìn)行處理變換，355nm的波長(zhǎng)降至為283.4～283.7nm，該范圍波長(zhǎng)可促使燃燒火焰中的OH基完成基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，此過(guò)程中OH基產(chǎn)生波長(zhǎng)為308nm左右的熒光信號(hào)，通過(guò)ICCD相機(jī)捕捉信號(hào)后傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后得到生物柴油混合燃料層流預(yù)混火焰OH-PLIF瞬態(tài)圖．通過(guò)火焰OH-PLIF圖像可表征火焰結(jié)構(gòu)．

2?試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1?試驗(yàn)不確定度分析及誤差分析

2.2?混合燃料燃燒火焰

利用OH-PLIF系統(tǒng)所獲得的不同體積分?jǐn)?shù)的地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料層流預(yù)混火焰以及地溝油生物柴油/乙醇混合燃料層流預(yù)混火焰OH-PLIF信號(hào)強(qiáng)度平均圖如圖4所示．

由圖4(a)所得，在實(shí)驗(yàn)條件相同時(shí)，即同進(jìn)油量以及進(jìn)氣量時(shí)，正丁醇添加比例越高，紅色區(qū)域在OH-PLIF平均圖所占比例越大，代表火焰中的OH基強(qiáng)度越高．這是因?yàn)镺H基的H元素主要由燃料提供，而在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，即不同比例分?jǐn)?shù)的混合燃料進(jìn)樣量一致的情況下，由于H元素含量在正丁醇內(nèi)的占比要高于地溝油生物柴油，因此正丁醇添加比例越大，混合燃料中的H元素越大，導(dǎo)致燃燒過(guò)程產(chǎn)生的OH基含量增加，即火焰中的OH基強(qiáng)度增大．同時(shí)，在燃燒過(guò)程中，當(dāng)?shù)販嫌蜕锊裼?正丁醇混合燃料中正丁醇的體積分?jǐn)?shù)變大以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的當(dāng)量比越小時(shí)，混合燃料的火焰容易波動(dòng)，易產(chǎn)生吹熄現(xiàn)象．因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行多次數(shù)據(jù)測(cè)量與處理，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果的好壞選取實(shí)驗(yàn)效果好的火焰OH-PLIF瞬時(shí)圖像進(jìn)行平均化處理由圖4(b)可得，在實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，乙醇的添加比例越高，紅色區(qū)域在OH-PLIF平均圖所占比例反而減少，這說(shuō)明火焰中的OH基強(qiáng)較小，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在地溝油生物柴油中添加乙醇后更容易點(diǎn)燃，并且在當(dāng)量比較小的實(shí)驗(yàn)條件下，地溝油生物柴油/乙醇混合燃料在燃燒時(shí)較穩(wěn)定，火焰波動(dòng)不大．

2.3?混合燃料燃燒火焰高度

化學(xué)發(fā)光是影響火焰化學(xué)反應(yīng)的主要因素之一，火焰的化學(xué)反應(yīng)區(qū)域可用OH基強(qiáng)度進(jìn)行表征．因此層流預(yù)混火焰的火焰高度可經(jīng)由OH-PLIF系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示．

圖5?地溝油生物柴油與乙醇/正丁醇燃燒火焰高度

由圖5可得，在地溝油生物柴油中正丁醇添加比例越大，混合燃料的火焰高度就越小，即在地溝油生物柴油中添加正丁醇導(dǎo)致火焰高度降低．原因是向地溝油生物柴油中添加正丁醇時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混合燃料的密度、運(yùn)動(dòng)黏度以及界面張力等性能指標(biāo)均比地溝生物柴油要小，導(dǎo)致混合燃料的霧化更加完全，提高了混合氣的產(chǎn)生速率，導(dǎo)致在滯燃期階段形成的預(yù)混合氣量增加，使混合燃料燃燒更加充分，燃燒速度加快，火焰高度變短．而向地溝油生物柴油添加乙醇時(shí)，混合燃料的火焰高度逐漸下降，乙醇同樣會(huì)降低燃燒的火焰高度，原因同樣是乙醇的添加導(dǎo)致了混合燃料的密度、黏度、界面張力等指標(biāo)降低，改善了混合燃油的霧化效果，提高火焰燃燒的劇烈程度，燃燒火焰高度變短．

2.4?混合燃料燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣?/h3>

圖6是利用MATLAB軟件處理OH-PLIF圖片，獲取火焰鋒面信息的流程圖．對(duì)圖片進(jìn)行灰度化處理后的得到的灰度圖像格式是目前數(shù)字圖像幾何特性處理常用的技術(shù)方法．首先將PLIF系統(tǒng)輸出的火焰圖像利用PHOTOSHOP軟件將多余邊界剪裁，然后利用MATLAB軟件處理系統(tǒng)對(duì)原始圖片進(jìn)行灰度化、二值化處理，對(duì)處理后的圖像依次進(jìn)行邊緣提取、擬合曲線()、計(jì)算曲線旋轉(zhuǎn)后面積等批量處理后得到火焰鋒面面積．在本實(shí)驗(yàn)中，得到的層流預(yù)混火焰呈軸對(duì)稱分布，因此在分析研究可選取火焰圖像的一側(cè)進(jìn)行分析，對(duì)擬合曲線()繞燃燒器軸向方向上進(jìn)行積分得到火焰鋒面面積[19]，即：

根據(jù)燃燒器噴嘴與混合燃料燃燒火焰前沿之間的質(zhì)量守恒原理進(jìn)行層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y(cè)量[20].因此，層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣萿的計(jì)算公式如式(2)所示[21]．

式中：為預(yù)混氣體的體積流量；為火焰鋒面面積．由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制霧化空氣量，生物柴油混合燃料由蒸發(fā)散失的的氣體量可忽略不計(jì)，預(yù)混氣體的流量即為霧化空氣量；層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萿的計(jì)算結(jié)果如圖7所示．

由圖7(a)可得，隨著地溝油生物柴油中正丁醇添加量越大，混合燃料的火焰鋒面面積呈下降趨勢(shì)，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸噬仙厔?shì)，并且當(dāng)量比越大，層流預(yù)混火焰的火焰?zhèn)鞑ゾ驮酱螅@是因?yàn)榈販嫌蜕锊裼徒M分中的氧含量要少于正丁醇，正丁醇的添加量越大，地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料中氧含量增高，提升了燃燒過(guò)程中反應(yīng)分子的有效碰撞速率，致使地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料的燃燒速度加快，同時(shí)相比之下，正丁醇比地溝油生物柴油的黏度與沸點(diǎn)都要低，正丁醇在混合燃料中所占比例越大，混合氣的合成速率就越快，混合燃料的霧化效果與蒸發(fā)質(zhì)量得到顯著提升混合燃料燃燒更加充分，燃燒速度加快．因此，正丁醇的體積分?jǐn)?shù)越大，混合燃料層流預(yù)混火焰的傳播就越大．

圖7?兩種混合燃料火焰鋒面面積及火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

由圖7(b)可得，向地溝油生物柴油中添加的乙醇中含量越高，混合燃料的層流預(yù)混火焰鋒面面積將就越小，火焰?zhèn)鞑ニ俣染驮酱螅S著當(dāng)量比的增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸噬仙厔?shì)，但相比地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑黾臃纫。斐缮鲜鲎兓厔?shì)的原因同樣是因?yàn)橐掖甲鳛楹跞剂希瑯痈哂诘販嫌蜕锊裼偷暮趿?，在地溝油生物柴油添加乙醇提高了混合燃料的含氧量，可有效加快燃燒反?yīng)分子間的有效碰撞，使得燃燒更加充分，燃燒速度加快．

2.5?混合燃料C/H/O元素含量對(duì)OH-PLIF信號(hào)強(qiáng)度的影響

OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度可反映火焰中OH基的濃度大?。鐖D8所示，地溝油生物柴油中正丁醇的添加量越大，層流預(yù)混火焰的OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)；在地溝油生物柴油中的乙醇添加量越大，層流預(yù)混火焰的OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度卻變?。钟蓤D4(a)和圖4(b)可知，混合燃料中正丁醇的添加量越大，紅色區(qū)域在OH-PLIF平均圖所占比例越大，而在混合燃油中隨著乙醇添加量的增加，紅色區(qū)域在OH-PLIF平均圖所占比例逐漸變小，由此可以證明層流預(yù)混，可以得出在混合燃料中，預(yù)混火焰中的OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度隨著正丁醇含量的增加呈上升趨勢(shì)，隨乙醇含量的增加信號(hào)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)．

為進(jìn)一步分析火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度與燃料中H元素含量的關(guān)系，進(jìn)一步探討H元素含量對(duì)火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度的影響程度，對(duì)燃料中的C元素元素與H元素的定義為C/H比值(質(zhì)量比)來(lái)詳細(xì)分析，由圖9可得，地溝油生物柴油中正丁醇的添加量越多，混合燃料的C/H比值越小，這是因?yàn)閷恿黝A(yù)混火焰OH基中的H主要由混合燃料提供，生物柴油混合燃料中H元素加快層流預(yù)混火焰中OH基的生成速率．混合燃料的C/H比值減小，地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料OH-PLIF信號(hào)強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，但地溝油生物柴油/乙醇混合燃料OH-PLIF信號(hào)強(qiáng)度隨著C/H比減小呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明層流火焰中的OH基生成條件不僅需要H元素，還存在著其他元素影響OH基的生成．

圖8?兩種混合燃料OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度

圖9?不同比例混合燃料C/H比值

圖10為地溝油生物柴油與正丁醇/乙醇混合燃料中O元素含量的變化趨勢(shì)，可見向地溝油生物柴油添加相同含量的正丁醇與乙醇時(shí)，地溝油生物柴?油/正丁醇混合燃料中的O元素含量要高于地溝油生物柴油/乙醇混合燃料中．乙醇或正丁醇摻入地溝油生物柴油中后，混合燃料中O、H元素的含量均會(huì)提升，而O、H共同作用于層流預(yù)混火焰中OH基的生成．燃燒反應(yīng)分子間的有效碰撞程度隨混合燃料中O元素含量的增加而變得劇烈，進(jìn)而提高了混合燃料火焰的燃燒速度，且通過(guò)分析我們可以推斷O元素可能會(huì)抑制OH基的生成，并且結(jié)合H元素協(xié)同影響火焰中OH基的濃度．根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[22]可得，OH基濃度會(huì)影響CO/CO2的最終生成含量，其次混合燃料中O元素含量越高，燃料的燃燒越劇烈，燃燒速度越快．因此，本項(xiàng)研究?jī)?nèi)容及結(jié)果對(duì)于提高混合燃料的燃燒效率與質(zhì)量，選擇最適燃燒的C/H/O比具有指導(dǎo)意義．

圖10?不同比例混合燃料中氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

詳細(xì)的燃料中O、H元素含量對(duì)于火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度的協(xié)同影響還需進(jìn)一步研究．

3?結(jié)?論

(1)地溝油生物柴油與乙醇/正丁醇混合燃料中，正丁醇與乙醇的體積分?jǐn)?shù)越大，火焰高度、火焰鋒面面積就越小，傳播速度越快，這主要是由于混合燃料的密度、黏度、界面張力降低以及O元素含量增高有關(guān)．

(2)隨著正丁醇添加比例的增大，地溝油生物柴油/正丁醇混合燃料的燃燒火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，而隨著乙醇添加比例的增大，地溝油生物柴油/乙醇混合燃料的燃燒火焰OH-PLIF總信號(hào)呈下降趨勢(shì)．有關(guān)于燃料中O元素含量以及H元素含量對(duì)于火焰OH-PLIF總信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究．

［1］ Xu G Z，Zhang B L，Liu S Y，et al. Study on immobilized lipase catalyzed transesterification reaction of tung oil[J].2006，5(11)：859-864.

［2］ ?uri?i?-Mladenovi? N，Kiss F，?krbi? B，et al. Current state of the biodiesel production and the indigenous feedstock potential in Serbia[J].2018，81：280-291.

［3］ Merchan-Merchan W，Ware H O T. Study of carbon and carbon-metal particulates in a canola methyl ester air-flame[J].2015，162(1)：216-225.

［4］ Xu G J，Wang Z，Li L L，et al. The production and affect factors of biodiesel carbonyl pollutants in the premixed flame conditions[J].2011，32(12)：2137-2141.

［5］ Thang P Q，Maeda Y，Trung N Q，et al. Low molecular weight methyl ester in diesel/waste cooking oil biodiesel blend exhausted gas[J].2014，117(1)：1170-1171.

［6］ Basha S A，Gopal K R. A review of the effects of catalyst and additive on biodiesel production，performance，combustion and emission characteristics [J].，2012，16(1)：711-717.

［7］ Guarieiro L L N，Souza A F D，Torres E A，et al. Emission profile of 18 carbonyl compounds，CO，CO2，and NOemitted by a diesel engine fuelled with diesel and ternary blends containing diesel，ethanol and biodiesel or vegetable oils[J].，2009，43(17)：2754-2761.

［8］ Randazzo M L，Sodré J R. Exhaust emissions from a diesel powered vehicle fuelled by soybean biodiesel blends(B3-B20)with ethanol as an additive(B20E2-B20E5)[J].2011，90(1)：98-103.

［9］ 王海濱. 基于國(guó)3柴油機(jī)的生物柴油混合燃料的性能與排放研究[D]. 上海：上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，2007.

Wang Haibin. Research on Performance and Emissions of Biodiesel Blends Based on China 3 Diesel Engine[D]. Shanghai：School of Mechanical and Power Engineer-ing，Shanghai JiaoTong University，2007(in Chinese).

［10］ 鄭尊清，鐘小凡，劉海峰，等. 生物柴油/DMF 混合燃料對(duì)柴油機(jī)低溫燃燒的影響[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2017，23(2)：104-110.

Zheng Zunqing，Zhong Xiaofan，Liu Haifeng，et al. Effect of biodiesel/DMF blended fuel on low temperature combustion in a diesel engine[J].，2017，23(2)：104-110(in Chinese).

［11］ 龍紀(jì)淼，葉家銘，宋?鑫，等. 生物質(zhì)燃燒過(guò)程中K元素的遷移特性[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2018，24(5)：471-476.

Long Jimiao，Ye Jiaming，Song Xin，et al. Transformation characteristics of potassium during biomass combustion[J].，2018，24(5)：471-476(in Chinese).

［12］ 堯命發(fā)，龐?闊，谷靜波，等. 正丁醇/生物柴油高預(yù)混壓燃燃燒及排放特性的試驗(yàn)[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2013，31(3)：193-199.

Yao Mingfa，Pang Kuo，Gu Jingbo，et al. Experimental study on high premixed compression ignition and emission characteristics of n-butanol/biodiesel[J].，2013，31(3)：193-199(in Chinese).

［13］ 吳又多，齊高相，陳麗杰，等. 可再生原料發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代化工，2014，34(2)：44-48.

Wu Youduo，Qi Gaoxiang，Chen Lijie，et al. Research progress in fermentation of bio-butanol by renewable raw materials[J].，2014，34(2)：44-48(in Chinese).

［14］ 蘇會(huì)波，李?凡，彭?超，等. 新型生物能源丁醇的研究進(jìn)展和市場(chǎng)現(xiàn)狀[J]. 生物質(zhì)化學(xué)工程，2014，48(1)：37-43.

Su Huibo，Li Fan，Peng Chao，et al. Research progress and market status of novel bioenergy butanol [J].，2014，48(1)：37-43(in Chinese).

［15］ 申逸騁. 生物柴油燃燒火焰特性PLIF分析研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)冶金能源工程學(xué)院，2018.

Shen Yicheng. Study on PLIF Analysis of Combustion Flame Characteristics of Biodiesel[D]. Kunming：Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，2018(in Chinese).

［16］ Zhang M，Wang J，Wu J，et al. Flame front structure of turbulent premixed flames of syngas oxyfuel mixtures[J].，2014，39(10)：5176-5185.

［17］ Zhang M，Wang J，Xie Y，et al. Measurement on instantaneous flame front structure of turbulent premixed CH4/H2/air flames[J].，2014，52(1)：288-296.

［18］ He Y，Wang Z，Yang L，et al. Investigation of laminar flame speeds of typical syngas using laser based Bunsen method and kinetic simulation[J].，2012，95(1)：206-213.

［19］ Wu Y，Rossow B，Modica V，et al. Laminar flame speed of lignocellulosic biomass-derived oxygenates and blends of gasoline/oxygenates[J].，2017，202(8)：572-582.

［20］ Wu Y，Modica V，Rossow B，et al. Effects of pressure and preheating temperature on the laminar flame speed of methane/air and acetone/air mixtures[J].2016，185(12)：577-588.

［21］ Natarajan J，Lieuwen T，Seitzman J. Laminar flame speeds of H2/CO mixtures：Effect of CO2，dilution，preheat temperature，and pressure[J].，2007，151(1)：104-119.

［22］ Zou C，Cao S，Song Y，et al. Characteristics and mechanistic analysis of CO formation in MILD regime with simultaneously diluted and preheated oxidant and fuel[J].，2014，130(5)：10-18.

Flame Characteristics of Blended Fuel Between Waste Oil Biodiesel and n-Butanol or Ethanol

Wang Wenchao1, 2，Li Fashe1, 2，Shen Yicheng1, 2，Liu Zuowen1, 2

(1. Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China；2. Engineering Research Center of Metallurgical Energy Conservation & Emission Reduction，Kunming 650093，China)

To study the combustion characteristics of biodiesel blended fuels at different proportions, a biomass liquid fuel[Editor1] was designed in this study to produce a biodiesel premixed laminar flow flame. The planar laser-induced fluorescence imaging of hydroxyl (OH-PLIF) technique was used to measure and analyze combustion characteristics such as flame height, flame front area, laminar flame propagation velocity, and the flame OH-based signal intensity. The results showed that as the proportion of n-butanol or ethanol increased, the flame height and flame front area of two blended fuels decreased, while the flame propagation velocity increased. The addition of n-butanol increased the OH-PLIF total signal intensity of the blended fuel combustion flame; however, the addition of ethanol reduced the OH-PLIF total signal intensity of the blended fuel combustion flame.

biodiesel；n-butanol/ethanol；mixed fuel combustion characteristics；OH-PLIF total signal intensity

TK6

A

1006-8740(2019)05-0460-08

10.11715/rskxjs.R201811002

2018-11-04．

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51766007)；云南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015FB128)；NSFC-云南聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(U1602272)；復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金資助項(xiàng)目(CNMRCUTS1704).

王文超（1994—），男，碩士研究生，1605827197@qq.com．

李法社，男，博士，副教授，asan97@qq.com.