內(nèi)置多孔介質(zhì)Swiss-roll燃燒器的點(diǎn)火啟動(dòng)和熱能利用研究.pdf

1、礦井通風(fēng)瓦斯(ventilation air methane，VAM)排放量巨大，由于其中的CH4濃度為0.1-1％；遠(yuǎn)小于CH4的貧燃下限(5％)，處理很困難，故直接排放到大氣中。這一方面造成了能源的浪費(fèi)；另一方面甲烷又是很強(qiáng)的溫室氣體，其全球變暖潛能值(Global Warming Potential，GWP)約為CO2的21倍。因此，合理利用煤礦通風(fēng)氣中的低濃度甲烷具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。
　　 多孔介質(zhì)燃燒器和Swiss

2、-roll燃燒器均可以實(shí)現(xiàn)超焓燃燒，都有降低燃料貧燃極限的作用，而且多孔介質(zhì)還具有穩(wěn)定火焰的作用，本文在常規(guī)尺度Swiss-roll燃燒器的中心區(qū)填充多孔介質(zhì)，在自行搭建的共用燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，對(duì)其點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程，貧燃下限，熱能利用方式進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了CDM分析。
　　 搭建了一共用燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其由四個(gè)部分組成：燃料與氧化劑流量的精確供給系統(tǒng)、測(cè)試儀器及設(shè)備、工作參數(shù)的計(jì)算機(jī)集成顯示記錄系統(tǒng)、燃燒反應(yīng)器。針對(duì)不同的燃

3、燒反應(yīng)器和研究對(duì)象，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可提供通用接口，對(duì)反應(yīng)器的工作參數(shù)(如溫度、壓力)，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量測(cè)量。另外，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能具有拓展空間。
　　 對(duì)燃燒器的點(diǎn)火啟動(dòng)方式和啟動(dòng)過(guò)程的燃燒特性進(jìn)行了研究。因?yàn)樵撊紵鞯闹行娜紵齾^(qū)用多孔介質(zhì)填充，其在冷態(tài)時(shí)具有很強(qiáng)的壁面熄火效應(yīng)，使得點(diǎn)火啟動(dòng)困難。首先對(duì)甲烷的點(diǎn)火理論進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研究了兩種不同的點(diǎn)火啟動(dòng)方法：1)在多孔介質(zhì)中心區(qū)置入單管擴(kuò)散燃燒器點(diǎn)火。2)在多孔介質(zhì)中

4、心區(qū)留有10mm左右的縫隙，在縫隙中用電火花或電熱絲點(diǎn)火。點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，隨著多孔介質(zhì)溫度的升高，燃燒效率增加，未燃CH4和CO濃度逐漸下降，整個(gè)過(guò)程N(yùn)Ox排放都很低，多孔介質(zhì)材料性質(zhì)和預(yù)混氣流量對(duì)啟動(dòng)特性影響很大。預(yù)混氣流量3.49L/s，當(dāng)天然氣濃度降到1.3％時(shí)，未燃CH4增加，CO排放達(dá)1000mg/m3以上，燃燒效率下降至70％。這表明，內(nèi)置多孔介質(zhì)Swiss-roll燃燒器實(shí)現(xiàn)了煙氣和進(jìn)氣的逆流換熱，中心區(qū)的多孔介質(zhì)又進(jìn)一步加熱

5、預(yù)混氣，顯著拓展燃料的貧燃極限。
　　 使用FLUENT6.3軟件，通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)甲烷/空氣在內(nèi)置多孔介質(zhì)Swiss-roll燃燒器中的點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究，得到了冷態(tài)的流場(chǎng)、啟動(dòng)過(guò)程火焰面的漂移過(guò)程，和隨著天然氣濃度的降低時(shí)燃燒器溫度場(chǎng)的變化。數(shù)值模擬的溫度分布隨天然氣濃度變化情況與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合，但整體溫度分布比實(shí)驗(yàn)要高。
　　 在多孔介質(zhì)中置入換熱器，分析內(nèi)置多孔介質(zhì)Swiss-roll燃燒器及其熱能利用系統(tǒng)的

6、能量轉(zhuǎn)換和傳遞關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)的熱平衡模型。研究在不同條件下的取熱量和熱效率，分析取熱對(duì)燃燒效率的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，防止煤層氣因溫度過(guò)低而熄火和防止因瓦斯?jié)舛冗^(guò)高時(shí)導(dǎo)致燃燒器過(guò)熱。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，因火焰面在多孔介質(zhì)中存在漂移現(xiàn)象，使得取熱管在多孔介質(zhì)中的位置非常重要。取熱量與取熱管處的溫度有關(guān)，取熱管處的溫度與火焰面位置相關(guān)，火焰面位置取決于氣流速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣?，而火焰?zhèn)鞑ニ俣扔秩Q于預(yù)混氣濃度等因素。另外，當(dāng)