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本文致力于采用多孔介质燃烧理论与技术处理超低热值气体,基于现有的超低热值多孔介质燃烧试验平台,对燃烧器内芯结构进行合理优化,针对不同热值燃气稳定燃烧特性开展实验室试验和数值模拟研究工作,为工程中大型超低热值气体处理及热量利用系统的设计和研发提供数据和理论支持。通过试验和数值模拟的方法研究了不同热值超低热值气体在8种积木式排列结构下的稳定燃烧特性,对B型内芯结构燃烧器的稳定燃烧极限试验结果与数值模拟结果进行了对比;通过试验及数值模拟研究,得出H型内芯多孔介质燃烧器的综合性能较为突出,可以实现热值为1.2~3.0 MJ/Nm3的燃气的稳定燃烧。在燃烧热值为1.2MJ/Nm3的燃气时,最小燃烧强度为76.43 kW/m2,其负荷调节比为1:2.4;在燃烧热值为3.0 MJ/Nm3的燃气时,最小燃烧强度为198.73 kW/m2,其负荷调节比为1:1.9。在燃烧室布置的泡沫陶瓷从上游到下游的排列孔密度逐渐减小有利火焰的稳定,可以扩大燃烧器脱火极限的燃烧强度,同时也易于回火的发生;在燃烧室出口布置防辐射罩,可以有效回流燃烧放热,且孔密度越大越有利于燃烧放热的回流,对超低热值燃气的燃烧有利;燃烧室温度分布受当量比和燃烧强度的影响,在保证火焰稳定性的基础上,适当增加空气系数,有利于降低CO的排放。在进行水汽对预混燃烧室CO排放数值模拟研究中发现,加入水汽后,燃烧室轴向温度降低,燃烧室稳定火焰会向多孔介质下游移动,当加入的水汽量达到一定程度,预混气流速度大于火焰燃烧速度时,火焰将被吹出多孔介质区域。此外,加入适量水汽可以在较大程度上降低CO排放量,H型内芯结构燃烧器在当量比为0.94时,CO排放可降低到116 ppm,添加水蒸气质量8%条件下组织燃烧可以使CO排放降低到18 ppm。预测在当量比为0.94的试验条件下添加水蒸气质量5%时,可以燃烧热值为3.0 MJ/Nm3的燃气,CO排放量控制在60 ppm以下。