煤層氣擴(kuò)散燃燒及NO-,x-生成特性數(shù)值模擬.pdf

1、煤層氣是一種非常規(guī)天然氣，開發(fā)利用煤層氣具有安全效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益。煤層氣作為燃料的燃燒利用是目前煤層氣的主要應(yīng)用方向，因此要深入探索煤層氣燃燒特性，研究運(yùn)行參數(shù)及條件變化對燃燒的影響，開發(fā)適用的煤層氣燃燒器。
　　 本文采用k-ε湍流雙方程模型、非預(yù)混燃燒模型和P1輻射傳熱模型對煤層氣擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過分析燃燒溫度場、速度場及組分濃度場，研究了煤層氣擴(kuò)散燃燒特性及NOx生成特性。主要研究了噴口型式及布置、燃

2、氣射流偏轉(zhuǎn)角度、空氣與燃?xì)獾乃俣缺鹊纫蛩貙γ簩託馊紵^程的影響，考察了系統(tǒng)對濃度變化、過量空氣系數(shù)變化等的適應(yīng)性，得到優(yōu)化的結(jié)構(gòu)及參數(shù)。另外研究了煤層氣燃燒NOx生成機(jī)理及影響因素。
　　 模擬結(jié)果表明：噴口型式及布置對煤層氣擴(kuò)散燃燒過程有很大影響。燃?xì)鈬娍谂c空氣噴口均為四噴口軸對稱均勻布置時，燃燒效果最好。噴口出口中心能形成穩(wěn)定的回流區(qū)，且回流區(qū)尺寸與強(qiáng)度隨噴口與燃燒空間中心軸線間距增大而增大，煙氣回流加熱進(jìn)口燃?xì)馀c空氣，使煤

3、層氣著火燃燒較早，燃燒效率高。燃?xì)馍淞飨蚩諝馍淞髌D(zhuǎn)角度增大，有利于中心回流區(qū)的形成及煤層氣燃燒，偏轉(zhuǎn)角度為45°時，燃燒效果較好?？諝鈬娚渌俣却笥谌?xì)鈬娚渌俣葧r，對燃?xì)鈺a(chǎn)生卷吸作用，加強(qiáng)了兩者的混合，速度比為2時燃燒效果較好。
　　 甲烷濃度變化與過量空氣系數(shù)在1以上變化時對燃燒效率影響較小，對燃燒空間溫度分布有較大影響，對燃燒過程中NOx生成影響很大。在25％-45％甲烷濃度范圍內(nèi)煤層氣都能實現(xiàn)高效燃燒。濃度增大時，燃燒高

4、溫區(qū)域后移，平均溫度升高，燃燒速度加快，NO生成量也增大。過量空氣系數(shù)增大時，燃燒溫度峰值提前，但平均燃燒溫度明顯下降，生成NO量降低。
　　 煤層氣燃燒NOx生成與燃燒溫度關(guān)系最大。產(chǎn)生的NO中熱力型NO占據(jù)主導(dǎo)地位，瞬時型NO很少，燃燒溫度較低時瞬時型所占比例增大。預(yù)熱助燃空氣時煙氣出口NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增大，噴口間距與射流角度的變化對NO排放的影響不大。
　　 研究結(jié)果為煤層氣能源化利用技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)，也為其它低熱