泡沫陶瓷孔密度对低浓度瓦斯燃烧特性影响分析

搭建了低浓度瓦斯在碳化硅泡沫陶瓷内燃烧的实验台,研究了碳化硅泡沫陶瓷孔密度对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。结果表明:碳化硅泡沫陶瓷孔密度对瓦斯燃烧温度的影响并非线性,也非单向,在10 PPI和40 PPI孔密度下均出现了反常分布,孔密度由10 PPI增加至20 PPI时,泡沫陶瓷中温度增加,增加至30 PPI时温度反而降低,40 PPI的泡沫陶瓷温度又高于30 PPI的;20 PPI的碳化硅泡沫陶瓷综合换热效果最好,燃烧室整体温度水平较高;同一流速下,4种孔密度的碳化硅泡沫陶瓷内的CO浓度都随当量比的增大而减小,而且当量比由0.50上升到0.55时,CO排放急剧减小;CO排放也与孔密度有关,但规律并不明显,大体上可以看出,20 PPI的碳化硅泡沫陶瓷对应的CO排放浓度在所测当量比范围内普遍偏低,而10 PPI的碳化硅泡沫陶瓷对应的CO排放浓度略高;NO的排放规律与CO相反,NO的排放浓度随当量比的增大而不断增加,NO_x的排放趋势和NO的排放趋势大体一致。     

低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内催化燃烧特性的研究

对低浓度瓦斯在泡沫陶瓷中催化燃烧的特性进行研究,结果表明:Si C载体催化燃烧性能优于Al_2O_3载体,更有利于低浓度瓦斯的稳定燃烧。当量比相同且稳定燃烧时,燃烧室温度随瓦斯流速的增加而逐渐增大,当增大到一定程度,燃烧室温度反而会下降,而CO的排放出现先下降后升高的趋势,NO的排放出现了先升高后下降的规律。当量比逐渐增大的时候,CO的排放会不断下降,且一定当量比下,NO的排放浓度随流速的变化有一至高点。     

低浓度煤矿瓦斯在多孔介质中的燃烧特性试验研究

为了解决低浓度煤矿瓦斯无法直接燃烧的问题,自行开发了多孔介质燃烧器,基于此试验系统,对三种分别为40PPI-30PPI-20PPI-10PPI,40PPI-30PPI-20PPI-20PPI,40PPI-30PPI-间隔10mm-20PPI-20PPI的多孔介质燃烧器开展试验研究,研究不同当量比、不同混气流速下的瓦斯在多孔介质组合中燃烧温度变化,并用温度变化研究燃烧火焰的移动规律。同时得出不同多孔介质组合下不同当量比所对应的脱火流速及回火流速。试验结果为多孔介质燃烧器设计提供了依据,对于利用低浓度瓦斯能源,保护环境具有重要意义。     

基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧的二维数值模拟

利用商业软件Fluent 6.3建立二维模型并进行合理设置,对基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧进行数值模拟,研究了入口瓦斯浓度、瓦斯流速对燃烧器轴向温度和CO2分布的影响,以及多孔介质燃烧器中速率分布情况。结果表明,不同瓦斯浓度下,随着流速的增大,最高温度位置逐渐向燃烧器出口处移动,最高温度大小也随着流速增加逐渐增大;不同瓦斯流速下,轴向最高温度随着瓦斯浓度的增加而变大,到达最高温度时的位置随浓度变大而越靠近瓦斯入口处;燃烧器中的速率分布由于受到多孔介质的影响,有明显的规律性。     

多孔介质特性参数对催化燃烧的模拟分析

通过对多孔介质材料特性进行分析,确定影响因子最大的参数——孔密度(孔径),并在孔密度改变的基础上,利用CHEMKIN软件模拟瓦斯在多孔介质内部催化燃烧,得出:增大多孔介质的孔密度,可增大催化燃烧的反应速率。燃烧过程中,燃烧温度对CO、NO的生成有影响,且生成条件相反。燃烧温度越高,不利于CO生成,达到某一燃烧温度后CO的生成量减小到最少,而在此分界点NO的生成量从0逐渐增加,并且不同孔密度的多孔介质分界点不同。     

二次回热对多孔介质燃烧特性影响的实验研究

基于搭建的多孔介质燃烧实验台,研究了相应工况下,二次回热对低浓度瓦斯在多孔介质内燃烧特性的影响。实验表明,壁温可以定性判断火焰位置区间;二次回热可以增大相同当量比下的燃烧速度,扩展了调节范围;二次回热使贫燃极限下探到0.35,说明二次回热有助于扩展泡沫陶瓷燃烧器的燃烧范围;二次回热对污染物排放的改善不太明显,但仍处于较低水平。实验结果为设计低浓度瓦斯燃烧器提供参考数据。     

多孔介质不同出口形状下瓦斯燃烧特性研究

为了更好地使用多孔介质燃烧器燃烧抽采的低浓度瓦斯气体,模拟了出口敞开和带遮热罩时燃烧室内的燃烧情况,模拟结果表明:出口带遮热罩时燃烧情况明显优于出口敞开时,且相同初始条件下,出口带遮热罩的燃烧器燃烧火焰温度变大,且贫燃极限增大。     

低浓度瓦斯自激振荡脉动燃烧特性研究

针对煤矿低浓度瓦斯稳定燃烧及高效利用难的问题,将脉动燃烧技术与煤矿低浓度瓦斯燃烧利用相结合,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,对低浓度瓦斯脉动燃烧特性进行了系列研究。基于Fluent计算平台,建立低浓度瓦斯脉动燃烧热力学模型,对脉动燃烧器内部流场、温度场、压力场进行模拟分析,同时通过改变脉动参数研究各参数对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。发现并揭示了燃烧器内压力和温度的分布规律、尾管长度与脉动频率的关系、热负荷和瓦斯浓度与燃烧室温度之间的关系,并与实验结果进行了对比,发现计算值与实验值吻合较好,说明该模型能够预测低浓度瓦斯脉动燃烧特性。     

矿井低浓度瓦斯在多孔介质内预热增压燃烧特性研究

对低浓度煤矿瓦斯在泡沫陶瓷内的预混燃烧特性展开了数值模拟研究,探究预热和增压条件下对可燃气体温度分布、燃烧速度和贫燃极限等特性参数。模拟结果表明:随着预热温度和压力的升高和增大,气体温度分布更均匀,化学反应速率更迅速,贫燃极限主要受预热温度的影响较大,压力对多孔介质内可燃气体的贫燃极限几乎没有影响。     

低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内过焓燃烧的实验研究

为了解决我国煤炭开采过程中大量低浓度抽放瓦斯在现有技术条件下无法直接利用的问题,设计搭建了低浓度瓦斯燃烧实验系统,对低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内过焓燃烧贫燃极限扩展方法与特性开展了研究,得到了煤矿低浓度瓦斯过焓燃烧的贫燃极限、火焰传播速度范围、污染排放特性。研究表明：低浓度矿井瓦斯在甲烷浓度小于5%时仍然可以在泡沫陶瓷内稳定燃烧,具有较高的燃烧效率和低污染排放特性;贫燃极限可以进一步扩展到4%以下。     

低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究

煤矿抽采的低浓度特别是爆炸浓度范围内的瓦斯直接利用存在诸多技术难题,直接排空时也存在安全风险。通过对金属纤维燃烧器和阻火器的阻火阻爆机理研究、实验研究、设计和现场试验,证明在合理的设计参数下,金属纤维燃烧器能够有效阻火、隔热,可将瓦斯爆炸转变为安全燃烧;金属纤维阻火器能够有效实现管道的阻火、阻爆,隔断瓦斯爆炸的传播。在此基础上研发出处理能力为2 000 m3/h、甲烷体积分数为10%的低浓度瓦斯安全燃烧系统,通过安全分析和工业性试验,证明了该系统的安全性和可靠性,能满足煤矿低浓度瓦斯的处理要求,为爆炸浓度范围内的瓦斯安全排空、减少甲烷排放和瓦斯利用提供了新的技术途径。     

聚氨酯注浆封孔技术在松软煤层瓦斯抽放中的应用

针对传统封孔方法在松软煤层瓦斯抽放封孔时,存在质量差、衰减快、预抽期长的问题,对聚氨酯注浆封孔技术进行试验研究,结果表明,采用聚氨酯注浆封孔技术后,钻孔瓦斯抽放浓度能够达到90％以上,比传统封孔方法提高了4.3倍,有效地解决了抽放钻孔瓦斯浓度偏低的问题.     

煤矿乏风瓦斯燃烧用催化剂研究进展

煤矿瓦斯是煤矿伴生气,其主要成分甲烷是全球第二大温室气体,温室效应是二氧化碳的21倍。煤矿瓦斯的直接排放将加剧温室效应及环境污染,因此近年来煤矿瓦斯的治理受到广泛关注。煤矿瓦斯中乏风瓦斯(甲烷浓度0. 1%～1. 0%)占比超过70%,该气体无法通过常规的燃烧方式处理和利用。催化燃烧作为一种脱除低浓度甲烷的高效方法,其不仅可以在较低的温度下实现甲烷的氧化,同时还可以减少甲烷处理过程中的NO_x和CO等污染物气体的排放,因此受到了人们的广泛关注。通过归纳近年来催化燃烧技术在催化剂研究方面的进展,重点阐述了催化剂制备方法对催化剂发展的影响,并且探讨了乏风瓦斯催化燃烧技术相关催化剂未来的发展方向。     

微型燃气轮机低浓度瓦斯混掺燃烧实验研究及数值模拟

将低浓度瓦斯作为助燃空气,天然气作为主燃料,在微型燃气轮机内进行燃烧实验。通过燃气轮机实验,分析CH4在燃气轮机内燃烧后排放的烟气成分,在实验所得数据基础上进行Fluent数值模拟,得到燃气轮机燃烧室的流场、温度场分布,以及排放烟气中NO含量分布。     

二甲醚对低浓度甲烷爆炸参数的影响研究

煤炭开采过程中产生的大量低浓度瓦斯直接排入大气,造成严重的大气污染,为提高低浓度甲烷(CH_45%)利用率,理论分析了极低浓度甲烷与二甲醚掺混爆炸的可行性,通过掺混爆炸试验,研究了不同掺混当量比下爆炸参数,结果表明:掺混爆炸最大压力和最大压力上升速率随当量比的增加先升高后降低,在化学计量比附近达到最大值。     

典型垃圾组分焚烧中HCl排放的试验研究

为了研究垃圾在燃烧时HCl的排放及控制特性，选取了几种典型的垃圾组分在小型流化床进行实验，以分析其燃烧时Cl—HCl随温度变化的关系，以及HCl浓度对NO，SO2的影响，并且考察了加入CaO后对HCl的脱除效果．结果表明：Cl→HCl的转化随温度的升高而增加；随HCl浓度的升高，NO浓度呈下降的趋势，SO2浓度的变化呈抛物线形式；从820～930℃，HCl脱除效率随温度的升高而下降。     

低浓度瓦斯安全焚烧系统爆炸危险性分析

瓦斯是工业生产过程中的常见气体,为了保障生产环境的相对安全,需要对作业场所中的瓦斯进行排放和燃烧处理。而在对瓦斯气体进行排放和燃烧的过程中需要严格保证安全,本文通过对低浓度瓦斯的焚烧过程进行阐述和概括,结合燃烧以及爆炸的相关原理和理论,对低浓度瓦斯安全焚烧的危险性进行讨论,为工矿企业在生产过程中对低浓度瓦斯进行安全焚烧提供一系列对策建议。     

受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

蓄热式低浓度瓦斯发电系统设计与试验研究

针对我国低浓度瓦斯浓度波动大,易对斯特林发动机的运行造成冲击等问题,设计了一套蓄热式低浓度瓦斯发电系统,并对其蓄热性能进行试验研究。研究表明,蓄热器在斯特林发动机的加热、运行、停火阶段具有良好的蓄热性能,可使低浓度瓦斯在多孔介质中产生的热量多时储存,少时释放,有效降低由于气源浓度波动导致对斯特林发动机的冲击。蓄热球粒径10 mm工况下蓄热效果最佳,同时斯特林发动机输出功率的波动也明显降低。     

激波管中水对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为揭示水对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的影响规律,运用化学反应动力学数值分析方法,建立了描述激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的数学模型,就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响进行了数值模拟研究与对比分析。研究结果表明:在一定范围内,随着初始混合气体中水含量的升高,激波诱导瓦斯爆炸后,爆炸温度、冲击波速度,以及O自由基、H自由基、CO、NO和NO2等的摩尔分数均依次降低,而CO2的摩尔分数则依次升高。这说明在一定范围内混合气体中含水量的增加,会降低瓦斯爆炸强度,促进CO2的生成,抑制CO,NO及NO2等有毒有害气体的生成,尤其对H自由基和O自由基的抑制作用最为显著。