随着油价飙升,燃料成本大幅增涨,如何充分地利用我国蕴藏十分丰富的煤矿资源替代油类燃料是工业界关注的焦点。同时为了保证中国能源环境的可持续性发展,减少燃煤对大气污染,应当积极发展洁净煤技术。实现发生炉产生的低压热煤气高效洁净燃烧,经济性高且环境友好,应用前景十分广阔。本文就热煤气燃烧系统的核心部件——燃烧器进行冷态流动特性实验,通过测定模拟煤气与助燃空气流量以及压力变化关系,研究了同轴射流燃烧器的抽吸性能;热态点火实验考察了同轴射流燃烧器与同轴旋转交叉射流燃烧器的预混性能,并同轻柴油燃烧情况进行比较。此外,还对同轴射流燃烧器出口有限空间内的湍流燃烧过程进行了数值模拟,采用湍流扩散燃烧--模型得到了场内气流的压力、速度、湍流动能、湍流耗散能、温度和组分浓度等参数的分布及其变化。最后由工程计算设计热煤气工艺流程,提出了劈离砖隧道窑切实可行的油改气方案。研究结果表明: 冷态实验中,切断模拟煤气风机电源并关闭煤气管道阀门,煤气管路测压点处出现真空度,并随助燃空气的流量而增大,对低压煤气具有抽吸作用;模拟煤气流量一定时,空气对低压煤气的抽吸作用与空气的流量有关,且当助燃空气的流量大于一定数值才能对煤气产生抽吸作用。同轴射流燃烧器的热态实验,燃烧最高温度可达1050℃,当稳定煤气的压力和流量,温度还能升高,在工程操作允许范围内是可以满足劈离砖烧成要求的;采用优化改进的同轴旋转射流燃烧器燃烧低压热煤气,平均温度到达1088℃,有时还可攀升到1250℃以上,将热脏煤气同轻柴油的燃烧情况进行比较,结果发现煤气燃烧火焰的颜色和透明程度优于轻柴油,说明燃烧器可使得煤气<WP=3>燃烧比柴油更充分,表明改进后的同轴旋转交叉射流燃烧器的预混性能更为良好,能够实现低压热脏煤气的洁净燃烧,可以满足劈离砖隧道窑的生产要求。 数值分析结果表明,燃烧器出口压力随着轴向值增大而逐渐减小;煤气和助燃空气按化学适配比射出后,很快在煤气芯管出口区域处形成一个很小的回流;忽略煤气中其它含量较低的可燃组分,最高模拟燃烧温度为1207℃,这与实验和工程计算所得温度的误差,在工程应用上是可接受的;CO质量分数值随增加而减小,O2质量分数值最初为零,自燃烧器出口有限区域中部开始增大,燃烧产物CO2的质量分数值则是先增大后减小,热煤气可燃组分CO与空气中的O2燃烧核心区为水平轴0.1～0.8m空间范围内。通过工程燃烧计算,将热煤气与柴油燃烧系统进行对比,得出欲满足隧道窑烧制劈离砖1260℃左右的烧成气氛,理论上每小时每个燃烧器所耗煤气量为36.962Nm3/h,助燃空气需求量为42.913 Nm3/h。依据该化学适配比,设计了热态实验选用的同轴射流燃烧器与同轴旋转交叉射流燃烧器,并为热煤气工艺选取了型号为MQL-2000混合煤气发生炉,以及风机、阀门、管道等相应配套设备。