能源结构调整和天然气应用越来越受到我国的重视,开展天然气清洁无污染燃烧的研究具有重要的现实意义。气体燃料在渐变型多孔介质中的燃烧技术在很多方面具有其优越性,将它应用于天然气的高效低污染燃烧,是一项填补国内空白的工作。 本文以实现高效清洁燃烧为目标,研究了渐变型多孔介质中燃烧特性、污染物排放特性、传热特性和阻力特性,在此基础上设计了渐变型多孔介质燃气炉,并对燃气炉进行了传热与污染物排放特性的研究。 建立了渐变型多孔介质燃烧器单管试验系统,对燃烧器的性能进行了研究。利用对燃烧室温度变化的监测,探讨了渐变型多孔介质燃烧器的启动特性规律。得到渐变型多孔介质燃烧器具有较低的NOx和CO排放浓度、较强的传热特性和较小的阻力。为多孔介质燃气炉的设计奠定了基础。 进行了渐变型多孔介质燃烧器在分级送风方式下性能的研究,所得结果还与单管试验进行了比较。发现分级送风方式下燃烧室温度分布更均匀,对低NO_x排放具有很好的作用,但是在启动特性和传热特性方面都不如单管试验燃烧器。 在试验研究的基础上,探索设计了渐变型多孔介质燃气炉。从市场调查和试验经验出发,通过计算确定燃气炉的一些基本参数和炉型。同时对燃气炉的设计方法进行了探索,通过计算确定了燃气炉各部分的结构参数。 建立了多孔介质燃气炉试验系统,对燃气炉进行了试验研究。通过燃气炉的传热特性研究,多孔介质燃气炉基本符合设计要求,并具有较大的负荷调节范围。燃气炉的最高换热效率约为99%,排烟温度很低,部分水蒸汽凝结。采用罗斯蒙特(Rosement)烟气分析仪对污染物排放进行了在线测量,得到了燃气炉运行时NO_x和CO的排放规律。并发现多孔介质燃气炉在试验工况范围内压力降都相当小。