【摘 要】
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随着煤矿瓦斯（煤层气）抽采工作在各煤矿不断深入,瓦斯抽采量与利用量逐年攀升,但煤矿瓦斯的利用率仅为40%左右。目前很难通过传统的燃烧技术直接利用甲烷体积分数不到10%的低浓度瓦斯,故绝大部分低浓度瓦斯都直接排空。这样不仅导致了大量的资源浪费,也导致了环境污染。目前低浓度瓦斯燃烧基本是通过多孔介质来间接实现燃烧的,无法实现直接的安全稳定燃烧,所以研究低浓度瓦斯的安全稳定燃烧技术具有重大的现实意义。本
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随着煤矿瓦斯（煤层气）抽采工作在各煤矿不断深入,瓦斯抽采量与利用量逐年攀升,但煤矿瓦斯的利用率仅为40%左右。目前很难通过传统的燃烧技术直接利用甲烷体积分数不到10%的低浓度瓦斯,故绝大部分低浓度瓦斯都直接排空。这样不仅导致了大量的资源浪费,也导致了环境污染。目前低浓度瓦斯燃烧基本是通过多孔介质来间接实现燃烧的,无法实现直接的安全稳定燃烧,所以研究低浓度瓦斯的安全稳定燃烧技术具有重大的现实意义。本文在低浓度瓦斯直接安全燃烧技术原理的基础上建立了一套煤矿低浓度瓦斯安全燃烧实验系统,确保低浓度瓦斯燃烧过程安全、稳定、高效的进行。本文是基于七一煤矿瓦斯抽采利用现状,结合低浓度瓦斯安全燃烧的工艺与原理,研发了一套低浓度瓦斯安全稳定燃烧实验系统。系统由低浓度瓦斯安全输送系统、瓦斯预处理系统、燃烧系统、余热锅炉和监控系统五个部分,保障低浓度瓦斯从输送到直接燃烧到燃烧产物排放全过程安全进行。在设计过程中,结合现场工况确定温度、压力、浓度、流量等参数,并对各变送器和阀门进行选型。本文主要研发了实验监控系统的组成和功能,通过STEP 7-Micro/WIN SMART V2.4软件编写PLC程序控制阀门,虚拟仪器开发平台LabVIEW软件编写上位机软件系统,实现数据采集、处理、显示、报警等功能。监控系统的硬件部分主要包括各变送器、高速数据采集卡、串口服务器、可编程逻辑控制器（PLC）和阀门,软件部分主要是对各变送器采集的数据进行分析与处理、控制阀门、历史数据查询与报警等,实现实时监测低浓度瓦斯安全燃烧全过程。通过系统设计和器件选型,搭建煤矿低浓度瓦斯安全燃烧实验系统,对实验监控系统的软硬件进行调试,完善调试过程出现的不足,并通过实验系统开展一系列实验,实验结果如下:（1）在研究气体流速对稳定燃烧的影响时,当瓦斯浓度在4.5%以上、气体流速范围为0.3～7m/s时辅助燃烧室能够着火并且温度可稳定上升到800℃;当瓦斯浓度在5.5%以上、气体流速范围为2.9～9.9 m/s时,主燃烧室内能够稳定燃烧且温度维持在800～1200℃;当主燃烧室的温度控制在1200℃以下、气体流速低于7 m/s时,排放尾气中NOx含量低于国家排放标准。（2）研究气体浓度对稳定燃烧的影响时,当瓦斯气体流速在0.69 m/s以上,气体浓度范围为4.5～9%时,辅助燃烧室能够着火且温度能够稳定上到800℃;当进入主燃烧室的瓦斯气体处于常温条件下时,主燃烧室内实现稳定燃烧的瓦斯浓度为5～8%;当主燃烧室进气浓度低于8%时,排放尾气中NOx含量均在5.0ppm以下。（3）实验系统长期运行时,主燃烧室的温度基本维持在800～1200℃,瓦斯浓度为3～9%,气源压力基本保持在3 kPa以上,尾气中NOx含量低于国家排放标准。本文研究结果可为七一煤矿或其他瓦斯抽采利用现状类似的煤矿,低浓度瓦斯安全稳定燃烧技术提供理论与实践基础,工业化推广提供现场依据,实现煤矿低浓度瓦斯安全高效利用。图[86]表[16]参[100]
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