低热值煤层气燃烧器结构设计的数值模拟.pdfVIP

第 33卷 第 4期 煤 炭 转 化 Vo1．33 NO．4 2010年 1O月 C0AL C0NVERS10N 0ct．201O 低热值煤层气燃烧器结构设计的数值模拟 张 力 蔡 松 蒲 舸。 摘 要 对改进前后两种低热值煤层 气燃烧器进行 了全尺寸的三维数值模拟 ，给 出了两种燃 烧器速度场、温度场和浓度场的分布情况，结果表 明，改进后的燃烧器在产生中心回流区和外 回流 区的同时，还能具有较好的射流刚性 ；具有较宽的甲烷体积浓度调节 比，在燃烧 甲烷浓度较低 (20 ，体积分数)的煤层气时，还能保持较 高的燃烧温度 ，高温区域分布较广，燃烧效率高． 关键词 低 甲烷体积浓度 ，煤层 气燃烧器，数值模拟 中图分类号 TQo52．7 0 引 言 煤层气是一种与煤炭伴生和以吸附状态储存于 煤层内的非常规天然气．煤矿井下抽放 的煤层气主 图 1 原燃烧器结构模 型 要可燃成分是 CH ，浓度在 30 ～6O (体积分数 ， Fig．1 Sketchofcombustorbeforeimprovement 文中甲烷浓度 皆为体积分数)之间，其余则主要是 1—— Inlettubeofgas：2一——Inlettubeofair； N 和CO 等非活性气体r1]，低位热值约为 l1000 3— — Blade：4一一 Nozzle [=)三 MJ／m。，甲烷含量少 ，热值较低．针对这部分热值 比 改进后的燃烧器模型见图2．燃气采用径向进 较低的煤层气 ，工业上采用常规燃气燃烧器面临的 巨大问题是燃烧效率偏低．13“本研究在原燃烧器 结构的基础上 ，对燃烧器进行了结构上的改进 ，使改 进后的燃烧器在产生较大旋转动量的同时还能具有 很好的射流刚性 ，在燃烧 CH 浓度为 2O ～4O 图 2 改进后燃烧器结构模型 之间的煤层气时 ，都能稳定燃烧 ，且有较高的燃烧效 Fig．2 Sketchofcombustorafterimprovement 率．对改进前后两种燃烧器进行 了全尺寸 的燃烧数 1—— Centraltube；2—— Inlettubeofgas；3— — Inlettubeofair； 值模拟研究 ，分析对 比了两种燃烧器的优缺点，研究 4— — H0leofgastube：5——一Blade：6一——Nozz1e 结果对燃烧器优化设计和工业应用有一定指导 气 ；空气仍然采用切向进气 ，进气管为长方体 ，且与 意 义． 空气导流管相切 ；空气导流管和燃气导流管内都布 置有导流叶片 ，叶片倾角都为 45。，这能使空气产生 1 物理和数学模型 较高的旋转动量，可导流叶片的存在会增加气体流 动的阻力 ，从而削弱气体的射流刚性．为此 ，在燃气 管壁上增加了两排喷孔 ，使部分燃气在进入燃烧 区 1．1 物理模型