煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、瓦斯是僅次于二氧化碳的重要溫室氣體,單位質(zhì)量的瓦斯對大氣溫室效應(yīng)的影響相當(dāng)于同質(zhì)量二氧化碳的21倍。煤礦乏風(fēng)是主要的瓦斯工業(yè)排放源之一,減排煤礦乏風(fēng)瓦斯,可以減少溫室氣體排放。同時(shí),乏風(fēng)瓦斯的主要成分為甲烷,是優(yōu)質(zhì)潔凈的氣體能源。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國每年通過煤礦乏風(fēng)排入大氣中的瓦斯含量約為200億m3,如果將此乏風(fēng)進(jìn)行減排和利用,相當(dāng)于2500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤,可以減排2.7億噸當(dāng)量二氧化碳。因此,合理回收利用煤礦乏風(fēng)瓦斯具有環(huán)保和節(jié)能雙重意義。

2、
　　煤礦乏風(fēng)風(fēng)排量巨大、瓦斯?jié)舛鹊鸵约皾舛炔环€(wěn)定,這些特點(diǎn)決定了煤礦乏風(fēng)瓦斯很難利用傳統(tǒng)燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進(jìn)行燃燒。目前,熱逆流氧化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦乏風(fēng)瓦斯有效減排和熱回收利用的主要技術(shù)之一。本文通過理論分析、數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,對煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化機(jī)理和特性開展了系統(tǒng)綜合的研究:
　　(1)通過理論分析,建立了燃燒波波速與燃燒區(qū)域最高溫度的關(guān)系式,得到燃燒波波速和燃燒區(qū)域最高溫度的封閉解;通過與穩(wěn)

3、態(tài)熱逆流燃燒器類比,得到了多孔介質(zhì)中熱逆流氧化的簡化理論解。
　　(2)通過對蜂窩陶瓷蓄熱氧化床流動(dòng)過程進(jìn)行理論分析,建立了包含乏風(fēng)進(jìn)氣速度、蜂窩陶瓷通道直徑(或邊長)、氣體粘度及其氧化床溫度場等多參數(shù)影響下的三種蜂窩陶瓷氧化床冷熱態(tài)下的阻力計(jì)算數(shù)學(xué)模型。
　　(3)通過建立煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化的一維數(shù)學(xué)模型,并對Fluent軟件進(jìn)行二次開發(fā),對煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,考察了包括煤礦乏風(fēng)進(jìn)氣速

4、度、乏風(fēng)甲烷濃度、換向半周期、壁面熱損失、蜂窩陶瓷比熱容及其孔隙率等工況參數(shù)對熱逆流氧化溫度場、甲烷轉(zhuǎn)化率和氧化床阻力的影響。
　　(4)基于自行設(shè)計(jì)制作的低濃度瓦斯熱逆流氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化開展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括乏風(fēng)甲烷氧化溫度、裝置散熱損失、熱啟動(dòng)溫度場以及乏風(fēng)進(jìn)氣速度、甲烷濃度、換向半周期、壁面熱損失和蜂窩陶瓷孔隙率對熱逆流氧化的影響。
　　(5)采用六鋁酸鹽作為涂層涂覆在γ-氧化鋁

5、表面,再負(fù)載貴金屬活性組分制作成蜂窩陶瓷整體式催化劑用于煤礦乏風(fēng)低濃度瓦斯熱逆流氧化,并通過單管固定床催化氧化試驗(yàn)對所制備的催化劑進(jìn)行了表征、活性評價(jià)、水熱穩(wěn)定性測試及其抗硫中毒能力測試。
　　(6)對低濃度甲烷氣體進(jìn)行熱逆流催化氧化實(shí)驗(yàn)研究,對比有無催化劑作用下熱逆流反應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明催化劑的存在不僅大大降低了乏風(fēng)中低濃度甲烷氧化溫度,而且甲烷轉(zhuǎn)化率得到明顯提高,同時(shí)也提高裝置處理乏風(fēng)的能力。
　　(7)以單臺(tái)處理能力為5