多孔介質(zhì)燃燒處理低熱值氣體及燃燒不穩(wěn)定性研究.pdf

1、多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)不僅可以提高火焰速度，降低污染物排放，而且具有“超絕熱燃燒”特性，可顯著拓展貧燃極限，為實(shí)現(xiàn)低熱值氣體的高效清潔利用提供一條新途徑。本文致力于采用多孔介質(zhì)燃燒理論與技術(shù)處理低熱值氣體，針對(duì)燃燒過程中的穩(wěn)定燃燒特性和燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象開展實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究工作，并將研究結(jié)果應(yīng)用于大型低熱值氣體處理及熱量利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研發(fā)中。
　　本文工作主要包括低熱值氣體多孔介質(zhì)穩(wěn)定燃燒特性研究、燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象分析及機(jī)理研究以及

2、大型低熱值氣體處理及熱量利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研發(fā)共6個(gè)部分，其中穩(wěn)定燃燒特性研究包括①雙層多孔介質(zhì)甲烷貧燃實(shí)驗(yàn)研究和②低熱值氣體組分對(duì)多孔介質(zhì)燃燒特性影響數(shù)值模擬研究;燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象研究包括③多孔介質(zhì)燃燒變工況下燃燒溫度變化及燃燒過熱實(shí)驗(yàn)研究和④多孔介質(zhì)過濾燃燒傾斜火焰面分裂數(shù)值模擬研究;最后，在大型熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上研發(fā)和設(shè)計(jì)了⑤新型往復(fù)式多孔介質(zhì)非預(yù)混燃燒金屬熔煉爐和⑥基于多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的往復(fù)式熱循環(huán)系統(tǒng)處理煤礦乏風(fēng)產(chǎn)生高溫氣體的方法。

3、>　　試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了不同組分低熱值氣體多孔介質(zhì)穩(wěn)定燃燒特性，包括穩(wěn)定燃燒范圍、溫度分布、貧燃極限、熱效率以及污染物排放等等。發(fā)現(xiàn)了以CO和H2為主要可燃組分的低熱值氣體在雙層多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的燃燒特性和甲烷空氣預(yù)混氣的貧燃特性存在較大差異，得到了不同類型多孔介質(zhì)燃燒器處理不同類型低熱值氣體的貧燃極限，提出了低熱值氣體多孔介質(zhì)燃燒器的選型思路。甲烷濃度大于3.84％的煤層氣以及以CO和H2為主要可燃組分的低熱值合成氣可以采用單向雙層

4、多孔介質(zhì)燃燒器處理，甲烷濃度為0.57～3.84％的煤層氣或煤礦乏風(fēng)只能采用往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒器處理。
　　在燃燒不穩(wěn)定性方面，實(shí)驗(yàn)研究了多孔介質(zhì)燃燒變工況運(yùn)行下的溫度變化及燃燒過熱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)火焰面移動(dòng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，燃燒器溫度存在較大波動(dòng);大幅提高氣體入口速度時(shí)容易導(dǎo)致燃燒器過熱損壞。利用Fluent軟件建立的多孔介質(zhì)燃燒的二維雙溫模型，數(shù)值模擬了低熱值氣體多孔介質(zhì)過濾燃燒傾斜火焰面分裂現(xiàn)象的演變過程，發(fā)現(xiàn)了傾斜火焰面分裂現(xiàn)

5、象與預(yù)混氣體的Lewis數(shù)、當(dāng)量比以及入口氣體速度等有關(guān)，證實(shí)了富氫低熱值氣體過濾燃燒較易出現(xiàn)火焰面傾斜及分裂現(xiàn)象。
　　基于上述實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究工作，在大型熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上研發(fā)和設(shè)計(jì)了新型往復(fù)式多孔介質(zhì)非預(yù)混燃燒金屬熔煉爐和往復(fù)式熱循環(huán)系統(tǒng)處理煤礦乏風(fēng)產(chǎn)生高溫氣體的方法。研發(fā)的往復(fù)式多孔介質(zhì)非預(yù)混燃燒金屬熔煉爐相比傳統(tǒng)蓄熱燃燒爐，能源利用效率可提高約30％，達(dá)到37.5％，并降低約75％的NOx排放，非常適合于φ＜0.4的低