多孔介质燃烧技术不仅可以提高火焰速度,降低污染物排放,而且具有“超绝热燃烧”特性,可显著拓展贫燃极限,为实现低热值气体的高效清洁利用提供一条新途径。本文致力于采用多孔介质燃烧理论与技术处理低热值气体,针对燃烧过程中的稳定燃烧特性和燃烧不稳定现象开展实验室试验和数值模拟研究工作,并将研究结果应用于大型低热值气体处理及热量利用系统的设计及研发中。本文工作主要包括低热值气体多孔介质稳定燃烧特性研究、燃烧不稳定现象分析及机理研究以及大型低热值气体处理及热量利用系统设计及研发共6个部分,其中稳定燃烧特性研究包括①双层多孔介质甲烷贫燃实验研究和②低热值气体组分对多孔介质燃烧特性影响数值模拟研究；燃烧不稳定现象研究包括③多孔介质燃烧变工况下燃烧温度变化及燃烧过热实验研究和④多孔介质过滤燃烧倾斜火焰面分裂数值模拟研究；最后,在大型热态试验台上研发和设计了⑤新型往复式多孔介质非预混燃烧金属熔炼炉和⑥基于多孔介质燃烧技术的往复式热循环系统处理煤矿乏风产生高温气体的方法。试验和数值模拟研究了不同组分低热值气体多孔介质稳定燃烧特性,包括稳定燃烧范围、温度分布、贫燃极限、热效率以及污染物排放等等。发现了以CO和H2为主要可燃组分的低热值气体在双层多孔介质燃烧器内的燃烧特性和甲烷空气预混气的贫燃特性存在较大差异,得到了不同类型多孔介质燃烧器处理不同类型低热值气体的贫燃极限,提出了低热值气体多孔介质燃烧器的选型思路。甲烷浓度大于3.84%的煤层气以及以CO和H2为主要可燃组分的低热值合成气可以采用单向双层多孔介质燃烧器处理,甲烷浓度为0.57～3.84%的煤层气或煤矿乏风只能采用往复式多孔介质燃烧器处理。在燃烧不稳定性方面,实验研究了多孔介质燃烧变工况运行下的温度变化及燃烧过热现象,发现了当火焰面移动方向发生转变时,燃烧器温度存在较大波动；大幅提高气体入口速度时容易导致燃烧器过热损坏。利用Fluent软件建立的多孔介质燃烧的二维双温模型,数值模拟了低热值气体多孔介质过滤燃烧倾斜火焰面分裂现象的演变过程,发现了倾斜火焰面分裂现象与预混气体的Lewis数、当量比以及入口气体速度等有关,证实了富氢低热值气体过滤燃烧较易出现火焰面倾斜及分裂现象。基于上述实验室试验和数值模拟研究工作,在大型热态试验台上研发和设计了新型往复式多孔介质非预混燃烧金属熔炼炉和往复式热循环系统处理煤矿乏风产生高温气体的方法。研发的往复式多孔介质非预混燃烧金属熔炼炉相比传统蓄热燃烧炉,能源利用效率可提高约30%,达到37.5%,并降低约75%的NOx排放,非常适合于Φ<0.4的低热值气体燃烧；提出了新型往复式多孔介质非预混燃烧金属熔炼炉的设计导则。研发的基于多孔介质燃烧技术的往复式热循环高温气体发生系统,燃烧甲烷浓度为1.2%的煤矿乏风时,可稳定产生温度高于1000℃的高温气体,系统热效率大于80%。