D0L:10.13374.issn1001-053x2013.10.019 第35卷第10期 北京科技大学学报 Vol.35 No.10 2013年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2013 水汽对多孔介质中低浓度瓦斯燃烧特性的影响 代华明12，林柏泉1,2)，李庆钊2)，张军凯3)，邹全乐12) 1)中国矿业大学安全工程学院，徐州2211162)煤炭资源与安全开采国家重点实验室，徐州221116 3)空军勤务学院航空四站系，徐州221006 ☒通信作者，E-mail:daihuamingt666@163.com 摘要为研究含水汽低浓度瓦斯气体在多孔介质燃烧器中的燃烧特性，采用计算流体力学方法对其进行数值分析，研 究了瓦斯含不同水汽量燃烧时燃烧器中温度分布规律和污染物排放情况.随着瓦斯中水汽含量的增大，燃烧器轴向温度 及燃烧热效率下降.由温度二维等值线图可以直观看到不同工况下燃烧器中各个地点的温度分布，为燃烧器设计提供指 导.在确保一定热效率时，适当增加水汽含量，可降低燃烧器中O排放量，不但可以保护环境，而且有助于CO转化 为CO2以控制有毒气体排放量. 关键词煤矿瓦斯：燃烧：多孔介质：水汽：数值方法 分类号TK16 Effect of aqueous vapor on the combustion characteristics of low con- centration coal mine gas in a porous media burner DAI Hua-ming2),LIN Bai-quan),LI Qing-zhao),ZHANG Jun-ka,ZOU Quan-le2) 1)School of Safety Engineering,China University of Mining Technology,Xuzhou 221116,China 2)State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,Xuzhou 221116,China 3)Department of the Forth Aviation Stations,Air Force Service College,Xuzhou 221006,China XCorresponding author,E-mail:daihuaming6660163.com ABSTRACT In order to research the combustion characteristics of low concentration coal mine gas containing aqueous vapor in porous media,numerical analysis was carried out by the computational fluid dynamics(CFD)method The temperature distribution law and pollutant discharge were studied when the gases with different aqueous vapor contents burnt in a porous media burner.It is shown that the axial temperature and combustion efficiency of the burner decrease with the increase of moisture content in the gas.Temperature distributions at each location in the burner under different working conditions are visualized through two-dimensional temperature contours and they provide guidance for burner design.The NO-discharge amount decreases when the aqueous vapor content increases at appropriate thermal efficiency;this not only contributes to protect the environment,but also is useful to make CO change into CO2 for controlling toxic gas production. KEY WORDS coal mine gas;combustion;porous media;vapor;numerical methods 煤矿低浓度瓦斯是一种低热值气体).长期kJ-3以上).当低浓度瓦斯大量排放后，不仅 以来，由于燃烧技术限制，大量低浓度瓦斯被排放 会造成严重的大气污染，而且浪费了一种清洁能 到大气.瓦斯中主要成分甲烷对温室效应的影响源.为此，探索低浓度瓦斯燃烧利用的新技术迫在 是C02的21倍②，其发热量在33494.437681.2眉睫 收稿日期：2012.12-27 基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51204169)：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20110095120017)： 中国博士后科学基金资助项目(20110491482)第 35 卷 第 10 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 10 2013 年 10 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Oct. 2013 水汽对多孔介质中低浓度瓦斯燃烧特性的影响 代华明1,2) , 林柏泉1,2)，李庆钊1,2)，张军凯3)，邹全乐1,2) 1) 中国矿业大学安全工程学院，徐州 221116 2) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，徐州 221116 3) 空军勤务学院航空四站系，徐州 221006 通信作者，E-mail: daihuaming666@163.com 摘 要 为研究含水汽低浓度瓦斯气体在多孔介质燃烧器中的燃烧特性，采用计算流体力学方法对其进行数值分析，研 究了瓦斯含不同水汽量燃烧时燃烧器中温度分布规律和污染物排放情况. 随着瓦斯中水汽含量的增大，燃烧器轴向温度 及燃烧热效率下降. 由温度二维等值线图可以直观看到不同工况下燃烧器中各个地点的温度分布，为燃烧器设计提供指 导. 在确保一定热效率时，适当增加水汽含量，可降低燃烧器中 NOx 排放量，不但可以保护环境，而且有助于 CO 转化 为 CO2 以控制有毒气体排放量. 关键词 煤矿瓦斯；燃烧；多孔介质；水汽；数值方法 分类号 TK16 Effect of aqueous vapor on the combustion characteristics of low con￾centration coal mine gas in a porous media burner DAI Hua-ming1,2) , LIN Bai-quan1,2), LI Qing-zhao1,2), ZHANG Jun-kai3), ZOU Quan-le1,2) 1) School of Safety Engineering, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China 2) State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, Xuzhou 221116, China 3) Department of the Forth Aviation Stations, Air Force Service College, Xuzhou 221006, China Corresponding author, E-mail: daihuaming666@163.com ABSTRACT In order to research the combustion characteristics of low concentration coal mine gas containing aqueous vapor in porous media, numerical analysis was carried out by the computational fluid dynamics (CFD) method. The temperature distribution law and pollutant discharge were studied when the gases with different aqueous vapor contents burnt in a porous media burner. It is shown that the axial temperature and combustion efficiency of the burner decrease with the increase of moisture content in the gas. Temperature distributions at each location in the burner under different working conditions are visualized through two-dimensional temperature contours and they provide guidance for burner design. The NOx discharge amount decreases when the aqueous vapor content increases at appropriate thermal efficiency; this not only contributes to protect the environment, but also is useful to make CO change into CO2 for controlling toxic gas production. KEY WORDS coal mine gas; combustion; porous media; vapor; numerical methods 煤矿低浓度瓦斯是一种低热值气体 [1] . 长期 以来，由于燃烧技术限制，大量低浓度瓦斯被排放 到大气. 瓦斯中主要成分甲烷对温室效应的影响 是 CO2 的 21 倍 [2]，其发热量在 33494.4∼37681.2 kJ·m−3 以上 [3] . 当低浓度瓦斯大量排放后，不仅 会造成严重的大气污染，而且浪费了一种清洁能 源. 为此，探索低浓度瓦斯燃烧利用的新技术迫在 眉睫. 收稿日期：2012-12-27 基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目 (51204169)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 (20110095120017)； 中国博士后科学基金资助项目 (20110491482) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.10.019