煤矿井下抽放的煤层气甲烷体积浓度在30%左右,热值较低难于利用,大多是未经利用直接排空,既造成了环境污染又是能源的浪费。研究开发能高效清洁燃烧这种煤层气的燃烧器对于缓解我国能源紧张、控制煤层气污染以及合理利用煤层气资源都具有很好的经济效益和环境效益。文中对三种结构的低热值煤层气燃烧器进行了三维燃烧数值模拟和试验研究。模拟预测了不同结构的燃烧器在不同热负荷下的流动和燃烧特性变化;对经过模拟优选出来的燃烧器进行了工业试验,考察了燃烧区域的火焰特性和温度分布,并测试了不同工况下的燃烧效率。数值模拟采用标准k-ε湍流模型、通用速率模型和漩涡耗散模型及P-1辐射换热模型对三种结构的燃烧器(B-1、B-2、B-3)进行燃烧模拟表明:三种结构的燃烧器燃烧效率都达到99%以上,扩散式燃烧器B-1、B-2燃烧效率较低,其中B-1燃烧效率最低;部分预混式燃烧器B-3燃烧效率最高,高温区域分布广,射流刚性好,速度衰减慢,其综合性能最好。进一步的数值模拟考察了部分预混式燃烧器B-3在搭配三种不同角度(14.93°、9.46°、3.81°)的渐扩出口下的燃烧效率,结果表明当其搭配扩张角度为3.81°的扩口时的燃烧效率最高。把加工好的B-3燃烧器安装于某改造后的锅炉上进行工业试验。试验研究结果表明,燃烧器在不同热负荷下均能稳定燃烧,不回火、不脱火,有较宽的负荷调节能力,燃烧温度高,高温段距离长、火焰刚性好。25%-100%热负荷下燃烧效率都在99%以上。数值模拟和工业试验结果基本吻合,研究结果为低热值煤层气燃烧器的工业应用和最终商业化奠定了理论与技术基础。