低濃度瓦斯脈動燃燒的理論與實驗研究.pdf

1、大力開發(fā)低濃度煤礦抽采瓦斯這種具有高熱值,低污染的新能源,對優(yōu)化我國能源消費結構,促進環(huán)境經濟協(xié)調發(fā)展有著重要的作用和意義。但對于煤礦低濃度瓦斯來說由于其甲烷濃度含量低燃燒釋放熱值低,用常規(guī)的燃燒方式很難將其穩(wěn)定燃燒高效利用,極大地制約了其利用率。針對這個問題,本文將脈動燃燒技術與煤礦低濃度瓦斯燃燒利用相結合,提出一種新的低濃度瓦斯燃燒利用方法,并從燃燒理論、數值模擬及實驗研究三個方面對低濃度瓦斯脈動燃燒特性進行分析研究。
　　理

2、論研究上分析了脈動燃燒基本理論,包括其工作原理、熱力學模型及熱聲耦合機理,結合低濃度煤礦瓦斯燃燒特性,建立了低濃度瓦斯脈動燃燒氣柱振蕩模型的數學模型并根據瑞利準則,分析了脈動燃燒穩(wěn)定性機理和驅動機理;建立了低濃度瓦斯脈動著火的數學模型,并探討了脈動燃燒過程中控制污染物排放的機理。
　　結合低濃度瓦斯氣體燃料的性質及實驗條件,確定了脈動燃燒器型式為 Helmholtz型,根據脈動燃燒器設計原則,設計了額定功率為10kW的低濃度瓦斯脈

3、動燃燒裝置,系統(tǒng)主要包括:配氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及數據采集測量系統(tǒng)。
　　在數值模擬方面建立了適合低濃度瓦斯脈動燃燒的數學模型、物理模型及求解模型,并通過編制UDF入口控制程序實現(xiàn)了對脈動入口邊界條件的自動控制,運用Fluent流場分析軟件對瓦斯?jié)舛鹊陀?0％的低濃度瓦斯脈動燃燒特性進行了研究,數值模擬結果表明:在一個脈動周期內各流場分布包括壓力場、速度場及溫度場分布也呈現(xiàn)周期性變化,其變化趨勢符合脈動原理;在進氣入口夾角為90°時溫

4、度場分布最均勻;污染物NOx分布明顯低于常規(guī)的直接燃燒,并以快速型NOx為主;
　　實驗研究:首次自行搭建了低濃度煤礦瓦斯脈動燃燒實驗臺,對低濃度瓦斯的脈動燃燒特性進行了實驗研究。實驗結果表明:通過燃燒火焰聲音、燃燒室壓力及空氣自吸現(xiàn)象可以判斷是否進入脈動;找出了影響各燃燒指標的主要脈動參數;以及低濃度瓦斯在不同脈動燃燒參數條件下的燃燒污染物排放特性;同時得到了在實驗條件下額定負荷為10kW的燃燒功率時,低濃度瓦斯脈動燃燒的脈動頻

5、率范圍60-110Hz;燃燒最佳參數組合為熱負荷8kW、尾管長度2000mm、瓦斯?jié)舛?%;實驗結果還表明采用脈動燃燒方法不僅可以擴展低濃度瓦斯的貧燃極限,實現(xiàn)瓦斯在5%濃度下穩(wěn)定而充分的燃燒,而且污染物的排放也處于一個較低的水平范圍之內。
　　論文最后將實驗結果與數值模擬結果進行了比較分析,結果表明實驗與模擬得到的脈動參數變化對燃燒特性的影響具有相同的變化規(guī)律,即尾管長度越長,脈動頻率越低;瓦斯?jié)舛仍酱?燃燒溫度越高;燃燒室溫度