雙室型煤礦乏風預熱催化氧化裝置試驗及模擬研究.pdf

1、煤礦乏風瓦斯中蘊含著巨大的潛在能源，但由于其甲烷濃度極低的特點，通常難以利用而被直接排空。據(jù)統(tǒng)計，目前我國每年通過煤礦向大氣中排放的瓦斯已經(jīng)超過250億 m3，造成了嚴重的環(huán)境污染和能源浪費，由此可見實現(xiàn)煤礦乏風瓦斯的有效利用具有非常重大的現(xiàn)實意義。
　　本文基于此現(xiàn)狀，設計搭建了雙室型煤礦乏風預熱催化氧化試驗裝置，對其結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)組成及操作過程進行了詳細介紹，并基于試驗裝置進行了一系列模擬及試驗研究。
　　利用數(shù)值模擬的

2、方法對氧化床入口的導流分配系統(tǒng)進行了設計，通過加裝導流板、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)改善了氧化床入口的流動均勻性。結(jié)果表明，當導流板的圓角半徑為140mm、數(shù)量為3塊、相對距離在0.3~0.4之間時導流效果較好，最優(yōu)方案的流動不均勻性系數(shù)降至0.2以下。
　　通過加熱啟動實驗對氧化床的穩(wěn)定性進行了研究，結(jié)果表明：反應室良好的對稱性為氧化床的穩(wěn)定運行提供了條件；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℃時散熱量較大；加

3、熱啟動初期熱漂移現(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)定時間短，保持升溫工況更容易實現(xiàn)氧化床的穩(wěn)定。
　　在保持電加熱開啟的狀態(tài)下實驗研究了空速、氧化床入口溫度和甲烷濃度對氧化過程的影響，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區(qū)域增大，空速由3800 h-1增至7100 h-1時，有效反應長度增加了約31%，空速大于7100 h-1時，有效反應

4、長度增大的速率加快，轉(zhuǎn)化率略有下降；氧化床入口溫度的升高使主要反應區(qū)域減小，溫度由422℃升高至485℃時，有效反應長度減小了約53%，轉(zhuǎn)化率上升，溫度高于485℃后影響的作用逐漸減弱；甲烷濃度的增加對氧化過程的影響較小，有效反應長度略有減小，轉(zhuǎn)化率略有上升。通過總結(jié)實驗數(shù)據(jù)，得到了有效反應長度的經(jīng)驗公式。
　　對裝置自維持運行狀態(tài)下的熱平衡進行了研究，計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，系統(tǒng)的富