低浓度煤矿瓦斯的脉动燃烧技术

矿瓦斯及其利用现状

瓦斯本身是一种优质能源，在标准情态下，发热量 在34596～38931kj／m3，但是由于认识和技术的 问题，我国每年有大量的瓦斯涌出而无法利用，特别是 大量低浓度瓦斯只能稀释后作为废气排入到大气中， 既浪费了能源，又不利于环保。因此，将煤矿瓦斯进行 综合治理和利用，变废为宝，为工业生产和人民生活服 务，对人类具有重大的经济意义和社会意义。 对于高浓度瓦斯，由于燃烧理论和技术已经比较成熟，现已经广泛应用于工农业生产和人们生活。而 对于低浓度瓦斯，尤其是体积分数在5.3％～15％之 间，利用传统的常规方式直接燃烧极易引起爆炸，虽然目前已成功实现低浓度瓦斯发电，但由于系统复杂、成本高，应用无法推广。低浓度煤矿瓦斯在常规的燃烧设备上很难安全、可靠、稳定、高效利用。本实验从脉动燃烧技术出发探究低浓度瓦斯的燃烧，为低浓度瓦斯的利用提供新的解决途径。

脉动燃烧技术

脉动燃烧技术是一种具有燃烧强度大、热效率高、生成污染物低、传热效率高等优点的新型燃烧技术。脉动燃烧过程不同于常规的稳定燃烧过程，它是在某种条件下激发燃烧器内产生声学脉动，这种声学脉动改变了燃烧的特性，从而引起了声与热之间的相互激励，当这两种激励互相稳定就形成了声热耦合，从而引起了周期性的燃烧过程。表征这个过程的状态参数，如压力强度、气流强度、温度及热释放率等是随时间周期性变化的，压力和速度的脉动强化了传热、传质及燃料的混合过程。脉动燃烧器具有常规稳定燃烧器无可比拟的优点引。因此，该实验研究对于开发煤矿瓦斯新能源，实现高效节能清洁燃烧，促进煤矿瓦斯抽(排)放技术的改进，具有很高的实用价值。

燃烧装置

该装置主要由燃烧室、尾管、套管式换热器、点火装置、烟气分析仪、配气系统、温度和压力测量系统及控制系统组成。尾管为可调式，通过对尾管长度的调节，可改变燃烧器的工作频率，通过改变燃气流量调节脉动燃烧器的热负荷，对空气流量的控制可以改变进入脉动燃烧室的瓦斯浓度。

工作原理：打开阀门，空气和瓦斯进入混合室，充分混合后进入燃烧室，此时打开风机，空气进入燃烧室，再打开点火装置，进入燃烧室的混合气体被点燃。燃烧伴随着放热过程使燃烧室内温度、压力升高，高压使空气(燃气)阀关闭，烟气高速沿尾管被排出。由于气流的惯性作用，使燃烧室内产生负压，空气(燃气)阀重新打开吸入新的空气和燃气，同时尾管中的部分高温烟气也返回燃烧室，与燃烧室内余热一起重新点燃混合气体，燃烧过程自动重复，不需外加点火和风机。

测量系统

由于脉动燃烧室内的压力是随时间周期性快速变化的，所以必须采用快速响应的压力传感器进行测量。但传感器最高工作温度为150℃，而燃烧室温度可达1000℃左右，为了满足传感器的工作温度要求，采取半无限管式安装结构口引。实验中选用红外测温仪测量燃烧室的温度。红外测温仪集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。选用德国某公司生产的TESTO335型烟气分析仪测量尾管中烟气组分浓度，该装置可以用来连续监测天然气、汽油、煤油，煤等燃烧产物中的CO2、SO2、NOx，的体积浓度和烟气的温度、烟气流速及压力等，还可以自动计算燃烧效率、燃烧损失、过量空气系数和CO2的浓度。

试验结果

试验表明，该装置不仅实现了低浓度瓦斯稳定的脉动燃烧，而且提高了瓦斯燃烧效率，同时燃烧产生的污染气体NOx。和CO含量大大降低，这是由于强烈的脉动换热，和烟气回流降低了燃烧室内高温持续时间，所以脉动燃烧过程产生较少的NOx，和CO。试验结果还显示，脉动燃烧提高了换热器的换热效果，并且换热系数随着脉动频率的增大和压力振幅的增强而提高。

结束语

脉动燃烧器的设计是该技术的关键，本实验参考国内外相关的文献资料并结合实际情况，设计出一套Helmholtz型脉动燃烧器。对燃烧参数的测量是实验的另～个重点，合理地选取测量仪器是获取正确数据的保障，也为设计出更紧凑的脉动燃烧器提供可靠的资料。因此，脉动燃烧技术不仅为煤矿瓦斯的利用和技术推广提供了新的方法，而且该技术符合节能减排的理念，实现了能源的综合整理和利用。