雙室型煤礦乏風(fēng)預(yù)熱催化氧化裝置試驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、煤礦乏風(fēng)瓦斯中蘊(yùn)含著巨大的潛在能源，但由于其甲烷濃度極低的特點(diǎn)，通常難以利用而被直接排空。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年通過(guò)煤礦向大氣中排放的瓦斯已經(jīng)超過(guò)250億 m3，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源浪費(fèi)，由此可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)煤礦乏風(fēng)瓦斯的有效利用具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文基于此現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)搭建了雙室型煤礦乏風(fēng)預(yù)熱催化氧化試驗(yàn)裝置，對(duì)其結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)組成及操作過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并基于試驗(yàn)裝置進(jìn)行了一系列模擬及試驗(yàn)研究。
　　利用數(shù)值模擬的

2、方法對(duì)氧化床入口的導(dǎo)流分配系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)加裝導(dǎo)流板、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)改善了氧化床入口的流動(dòng)均勻性。結(jié)果表明，當(dāng)導(dǎo)流板的圓角半徑為140mm、數(shù)量為3塊、相對(duì)距離在0.3~0.4之間時(shí)導(dǎo)流效果較好，最優(yōu)方案的流動(dòng)不均勻性系數(shù)降至0.2以下。
　　通過(guò)加熱啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)氧化床的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：反應(yīng)室良好的對(duì)稱(chēng)性為氧化床的穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件；陶瓷散熱損失的存在使氧化床軸向溫度呈現(xiàn)逐漸降低的狀態(tài)，溫度高于700℃時(shí)散熱量較大；加

3、熱啟動(dòng)初期熱漂移現(xiàn)象較明顯，溫度不均勻系數(shù)較高，系統(tǒng)穩(wěn)定后溫度不均勻系數(shù)低于0.05；升溫工況比降溫工況的穩(wěn)定時(shí)間短，保持升溫工況更容易實(shí)現(xiàn)氧化床的穩(wěn)定。
　　在保持電加熱開(kāi)啟的狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)研究了空速、氧化床入口溫度和甲烷濃度對(duì)氧化過(guò)程的影響，結(jié)果表明：甲烷的催化氧化主要集中在第一層催化陶瓷中，空速的增大使主要反應(yīng)區(qū)域增大，空速由3800 h-1增至7100 h-1時(shí)，有效反應(yīng)長(zhǎng)度增加了約31%，空速大于7100 h-1時(shí)，有效反應(yīng)

4、長(zhǎng)度增大的速率加快，轉(zhuǎn)化率略有下降；氧化床入口溫度的升高使主要反應(yīng)區(qū)域減小，溫度由422℃升高至485℃時(shí)，有效反應(yīng)長(zhǎng)度減小了約53%，轉(zhuǎn)化率上升，溫度高于485℃后影響的作用逐漸減弱；甲烷濃度的增加對(duì)氧化過(guò)程的影響較小，有效反應(yīng)長(zhǎng)度略有減小，轉(zhuǎn)化率略有上升。通過(guò)總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了有效反應(yīng)長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式。
　　對(duì)裝置自維持運(yùn)行狀態(tài)下的熱平衡進(jìn)行了研究，計(jì)算分析了不同甲烷濃度和空速下的熱平衡情況，結(jié)果表明：甲烷濃度越高時(shí)，系統(tǒng)的富