煤层气扩散燃烧性能影响因素分析.pdf

北京石油化工学院学报 第 20卷 第 2期 Vo1．2O NO．2 JournalofBeijingInstituteof 2012年 6月 Jun．2012 Petro—chem icalTechnology 煤层气扩散燃烧性能影响因素分析* 乔伟彪 马贵阳 孟 向楠。 冯云飞 (1．中机国际工程设计研究院有限公司华东分院，江苏 南京 210042； 2．辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001) 摘 要 基于计算流体力学的涡耗散模型，采用有限容积法建立组分燃烧与扩散数学模型。 针对长为 2．9Ill，直径为 0．5m 的喷 口型燃烧器进行数值模拟。研究表明：随着煤层气中甲烷浓度的增 加，氧气体积分数的峰值逐渐右移 ，非预混系统的最高温度与平均温度都有所增加；随着速度 比的逐渐 增加，煤层气中甲烷燃烧较快；随着过量空气系数的增加，非预混系统燃烧温度最大值逐渐右移。该结 果可为生产实际提供一定的理论指导 。 关 键 词 喷 口型燃烧器 ；甲烷浓度}速度比；过量空气系数 ；数值模拟 中图法分类号 V231．2 煤层气是一种非常规天然气 ，开发煤层气 分输运化学反应方程 。故计算煤层气一空气非 在安全、环境、经济等方面都具有一定 的优势 ， 预混燃烧过程的控制方程如下 ： 煤层气作为燃料燃烧是 目前煤层气的主要研究 1．1 组分质量守恒定律 方向，因此要逐渐摸索煤层气燃烧性能 的影响 组分质量守恒定律方程为 因素 ，研究在各项参数都优化 的煤层气燃烧 + ( )一V((10D + )Vy 器_l】]。在喷口形燃烧室 内，不 同燃料 的燃烧 N 结果 已经成 为很 多企业 所关 心 的重 要 问 M— R (1 题_3“]，但 目前为止 ，关于这方面 的研究还很 百 少。燃烧室 内的燃烧结果 以及燃烧 室 内的温 式中：y 为第 i种物质的质量分数 ；p为第 i种 度、火焰稳定性受很多因素的影响，如燃料的人 组分的密度，kg／m。；／1为湍流黏度 ，Pa·S；D 口速度及人 口温度，空气 的入 口速度及人 口温 为混合物 中第 i种物质的扩散系数，M 为第 i 度等 。随着数值方法的不断发展，数值模拟已 种物质的相对分子质量 ；Sc为湍流施密特数 ； 经成为一种非常重要的研究手段 _4]。基于计 为速度矢量，m／s； 为第i种物质在第r个 算流体力学的涡耗散模型，采用有限容积法建 反应中的分解速率 ，m／s。 立组分燃烧与扩散数学模型 ]，笔者针对长为 1．2 动量守恒定律 2．9m，直径为0．5m 的喷 口型燃烧器进行数值 动量守恒方程为 模拟 ，得到不同影响因素对煤层气燃烧 的燃烧 亘 +鱼! + 一一 + 性能影响。 a a a a 1 数学模型