蓄热式低浓度瓦斯发电系统设计与试验研究

针对我国低浓度瓦斯浓度波动大,易对斯特林发动机的运行造成冲击等问题,设计了一套蓄热式低浓度瓦斯发电系统,并对其蓄热性能进行试验研究。研究表明,蓄热器在斯特林发动机的加热、运行、停火阶段具有良好的蓄热性能,可使低浓度瓦斯在多孔介质中产生的热量多时储存,少时释放,有效降低由于气源浓度波动导致对斯特林发动机的冲击。蓄热球粒径10 mm工况下蓄热效果最佳,同时斯特林发动机输出功率的波动也明显降低。     

不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯 燃烧特性研究

为了解决我国煤矿瓦斯抽采中大量低浓度瓦斯无法直接利用的问题,通过搭建多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧试验系统,探究了5种不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧温度分布及污染物排放规律。研究结果表明:多孔介质燃烧器孔密度对低浓度瓦斯燃烧温度的影响并非线性函数关系,在孔密度由10孔增加到20孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度成上升趋势;在孔密度由20孔增加到40孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度出现先降低后升高的趋势。孔密度为20孔的多孔介质内整体换热效果较好。相同流速燃烧工况下,不同孔密度多孔介质内的CO排放浓度均随当量比的增加而降低,NO的排放浓度随当量比的增加而升高。孔密度为20孔的多孔介质对应的CO排放浓度在所测当量比范围内普遍偏低,NO的排放浓度相对较高;孔密度为10孔的多孔介质对应的CO排放浓度偏高,NO的排放浓度偏低。     

低浓度煤层气液化分离装置的气源适应性试验研究

煤矿井下抽采的煤层气气源参数波动较大,为了解决这种波动对煤层气液化制取LNG装置带来的负面问题,依托低浓度煤层气深冷液化中试装置平台,进行了液化冷箱系统的运行试验,从理论上研究了原料气流量和CH4浓度的波动对装置运行性能的影响,指出LNG产品中CH4的回收率对气源的流量和浓度变化比较敏感,但气源参数的变化对LNG产品纯度的影响不大。在设计时,针对装置对气源变化的适应性,应考虑采用以下措施保障液化装置的正常运行:混合冷剂循环应尽量减少制冷剂的泄漏;混合制冷剂充装系统应完善,以提高自动化程度;减小精馏塔顶部和底部温度调节的相关性。     

低浓度煤矿瓦斯在多孔介质中的燃烧特性试验研究

为了解决低浓度煤矿瓦斯无法直接燃烧的问题,自行开发了多孔介质燃烧器,基于此试验系统,对三种分别为40PPI-30PPI-20PPI-10PPI,40PPI-30PPI-20PPI-20PPI,40PPI-30PPI-间隔10mm-20PPI-20PPI的多孔介质燃烧器开展试验研究,研究不同当量比、不同混气流速下的瓦斯在多孔介质组合中燃烧温度变化,并用温度变化研究燃烧火焰的移动规律。同时得出不同多孔介质组合下不同当量比所对应的脱火流速及回火流速。试验结果为多孔介质燃烧器设计提供了依据,对于利用低浓度瓦斯能源,保护环境具有重要意义。     

基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧的二维数值模拟

利用商业软件Fluent 6.3建立二维模型并进行合理设置,对基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧进行数值模拟,研究了入口瓦斯浓度、瓦斯流速对燃烧器轴向温度和CO2分布的影响,以及多孔介质燃烧器中速率分布情况。结果表明,不同瓦斯浓度下,随着流速的增大,最高温度位置逐渐向燃烧器出口处移动,最高温度大小也随着流速增加逐渐增大;不同瓦斯流速下,轴向最高温度随着瓦斯浓度的增加而变大,到达最高温度时的位置随浓度变大而越靠近瓦斯入口处;燃烧器中的速率分布由于受到多孔介质的影响,有明显的规律性。     

北票矿区废弃矿井煤层气泄漏气源集聚数值模拟

针对北票矿区台吉井田特殊地质条件和关井后煤层气由地表泄漏的实际情况,在大量实际现场勘测的基础上,从数值分析角度,利用ANSYS有限元软件,通过简化建立三维有限元模型模拟了开采前后地应力场和位移场变化,得到开采前后煤层剖面应力场和地表沉陷等值线图等模拟结果,从开采前后应力场和位移场变化规律进行归纳分析,得出：将开采和灾害后应力释放降低区作为煤层气原生气源集聚区判断依据,将地层沉陷“三带”影响范围作为煤层气后生气源集聚区确定的根据,并给出了煤层气后生气源集聚区范围的确定方法.据此得到废弃矿区采空区为煤层气原生气源集聚位置,“三带”影响区域为煤层气后生气源集聚范围.     

二次回热对多孔介质燃烧特性影响的实验研究

基于搭建的多孔介质燃烧实验台,研究了相应工况下,二次回热对低浓度瓦斯在多孔介质内燃烧特性的影响。实验表明,壁温可以定性判断火焰位置区间;二次回热可以增大相同当量比下的燃烧速度,扩展了调节范围;二次回热使贫燃极限下探到0.35,说明二次回热有助于扩展泡沫陶瓷燃烧器的燃烧范围;二次回热对污染物排放的改善不太明显,但仍处于较低水平。实验结果为设计低浓度瓦斯燃烧器提供参考数据。     

基于遗传算法矿用发动机菱形传动机构优化设计

针对目前矿用斯特林发动机菱形传动机构生产成本较高,设计较为保守等问题,以矿用斯特林发动机菱形传动机构为研究对象,建立菱形传动机构优化数学模型,将矿用斯特林发动机在循环过程中热功最大作为优化目标,通过遗传算法对矿用发动机菱形传动机构进行优化设计。     

多孔介质不同出口形状下瓦斯燃烧特性研究

为了更好地使用多孔介质燃烧器燃烧抽采的低浓度瓦斯气体,模拟了出口敞开和带遮热罩时燃烧室内的燃烧情况,模拟结果表明:出口带遮热罩时燃烧情况明显优于出口敞开时,且相同初始条件下,出口带遮热罩的燃烧器燃烧火焰温度变大,且贫燃极限增大。     

煤层气注热开采的热-流-固耦合作用分析

如何提高煤层气产量是目前煤层气开采研究中的重要课题。煤层气在煤层孔隙中主要以吸附状态存在,提高煤层温度可以促使气体由吸附态转变为游离态,增加其渗流扩散能力。根据热弹性力学、非线性达西渗流理论和多孔介质热力学原理,对在煤层中注热提高煤层气产量的机理进行了系统研究,建立了包含煤的变形方程、气体渗流方程、热传导方程的热流固多物理场耦合数学模型。在此基础上利用COMSOL Multiphysics数值软件,对耦合模型进行了数值求解,结果表明:注热后煤层温度升高可以促进煤层气解吸、提高煤层渗透率,增加煤层气产量。研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论基础。     

Numerical simulation of excess-enthalpy combustion flame propagation of coal mine methane in ceramic foam

Based on the assumption of a local non-equilibrium of heat transfer between a solid matrix and gas,a mathematic model of coal mine methane combustion in a porous medium was established,as well the solid-gas boundary conditions.We simulated numerically the flame propagation characteristics.The results show that the flame velocity in ceramic foam is higher than that of free laminar flows;the maximum flame velocity depends on the combined effects of a radiation extinction coefficient and convection heat transf...     

温度对煤粒瓦斯扩散动态过程的影响规律与机理

根据气体在多孔介质的运移理论,推导出了含瓦斯煤粒的扩散通量、扩散系数与温度分别呈指数函数、幂函数关系。运用自制设备,实验研究了吸附平衡压力为(0.74±0.01) MPa,吸附温度为303 K,解吸环境温度为283~313 K条件下,不同煤阶含瓦斯煤粒的扩散通量与温度的量化关系,确定了3种煤阶煤粒瓦斯放散量随温度变化的修正方法和回归系数,查明了不同煤阶煤粒的瓦斯扩散系数随温度升高的量化变化规律。实验结果表明,前60 min的温度影响回归系数a可在0.011 0~0.012 0之间取值,无烟煤取0.011 0,高变质烟煤可取0.011 5,低变质烟煤可取0.012 0。揭示了温度对含瓦斯煤粒扩散动态过程的影响机理,温度升高增强了甲烷分子的活性、促使孔隙扩张,特别是小孔隙的扩张,大大提高了瓦斯在煤粒中的扩散能力。     

煤层气的燃烧技术与设备

本文介绍了煤层气相关的燃烧理论，总结燃烧工程应用经验，提出煤层气燃烧必须用专用的燃烧设备，以及在以煤层气作为燃料燃烧设备在工业锅炉，废气焚烧，加热炉上的应用。     

准噶尔盆地白家海凸起深部含煤层气系统储层组合特征

准噶尔盆地东部白家海凸起发育较稳定的侏罗系煤层,埋深大于1 500 m。以往该区西山窑组和八道湾组煤层气试采取得了较好的效果,显示了白家海凸起深层煤层气具有较好的勘探前景。由于区内以常规油气开发为主,丰富的煤层气资源有待勘探开发。基于此,分析了区内侏罗系深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及煤层顶底围岩等成藏地质条件,认为西山窑组煤层气为独立含煤层气系统,八道湾组煤层及其顶底砂岩组合为统一含煤层气系统。八道湾组源内型、源外型含煤层气系统成藏条件优越,煤层气及煤系砂岩气资源丰富,具有较大的共采潜力。     

乌鲁木齐河东矿区煤层气含气性及物性特征分析

与常规油气藏相比,煤层气藏具有其自身的特点.煤层气藏是一种自生自储的气藏,煤层既是烃源岩,也是储集岩.作为储层来说,煤层具有一些特殊的物理、化学性质和特殊的岩石力学特征,煤层气富集、成藏以及产出的过程是一个特殊的物理、化学过程,这是与常规油气藏重要的区别.乌鲁木齐河东矿区毗邻乌鲁木齐市区,矿区西端位于乌鲁木齐水磨沟区,...     

激光甲烷气体传感器信号处理方法研究

甲烷气体浓度是煤矿安全生产的重要参数指标,精确检测甲烷浓度是保障煤矿安全生产的关键。设计了一套甲烷检测系统,采用DFB激光器作为光源,结合差分检测和谐波检测法对系统测量误差进行补偿。并提出一种新的气体浓度信号处理方法,以提高系统检测的稳定性。实验结果表明,当甲烷气体体积分数检测范围为0～5%时,检测的相对误差小于2%。     

惰性气体对KHCO3冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响研究

主动式喷粉抑爆装置是煤矿甲烷爆炸的防控装备之一,该装置装填的超细粉体抑爆剂可在甲烷爆炸初期主动喷洒,使其中超细粉体颗粒形成冷气溶胶,减少后续甲烷爆炸危害。为进一步提升主动式喷粉抑爆装置的抑爆性能,探究冷气溶胶抑爆剂的抑爆规律,使用5 L爆炸管道系统,测试了N₂和CO₂两种惰性气体对KHCO₃冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响。试验结果表明:N2、CO₂显著强化了KHCO₃冷气溶胶对9.5%甲烷/空气预混气的抑制性能,相比于空气驱动的KHCO₃冷气溶胶,气体介质中含有惰性气体的KHCO₃冷气溶胶使甲烷爆炸最大压力下降更为显著,到达峰值压力时间也更长;CO2对KHCO₃冷气溶胶抑爆性能的增效作用强于N2。其中,体积分数0.03 g/L的KHCO₃冷气溶胶仅使甲烷最大爆炸压力降低60.4%,而在气体介质内充入体积分数15%~20%的N2或5%~10%的CO2时,同浓度KHCO₃冷气溶胶可以完全抑制甲烷爆炸,继续增加惰性气体的体积分数可以进一步减少KHCO₃冷气溶胶用量,从而降低主动式喷粉抑爆装置的成本。试验考察了在不同浓度KHCO₃冷气溶胶与不同体积分数N2、CO2作用下的甲烷爆炸情况,得到了KHCO₃冷气溶胶与惰性气体的最佳抑爆用量配比,能够为基于KHCO₃冷气溶胶的主动式喷粉抑爆装置的设计提供理论依据及技术参数。此外,讨论了含惰性气体的KHCO₃冷气溶胶系统的甲烷抑爆机理,并分析了惰性气体的增效原因。