礦井通風(fēng)瓦斯催化燃燒的數(shù)值模擬.pdf

1、礦井通風(fēng)瓦斯是指煤礦為安全生產(chǎn)通風(fēng)后伴隨回風(fēng)流所排出的礦井瓦斯，由于其中甲烷濃度極低并且波動較大難以直接利用，一般都是直接排放，不僅浪費能源，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。研究直接利用礦井通風(fēng)瓦斯的技術(shù)具有節(jié)能以及環(huán)保的雙重意義。
　　 本文通過在Fluent軟件中導(dǎo)入多步表面反應(yīng)機理進行數(shù)值模擬的方法對礦井通風(fēng)瓦斯在蜂窩型燃燒器內(nèi)催化燃燒的過程進行了研究。研究內(nèi)容分為兩部分，第一部分對礦井通風(fēng)瓦斯在負載Pd和Pt催化劑蜂窩型燃燒器中催化

2、燃燒的情況進行了穩(wěn)態(tài)定壁溫條件的數(shù)值模擬，對比研究了催化壁面溫度，燃料入口速度，入口甲烷濃度的在一定范圍內(nèi)變化時兩種催化劑的催化性能，選擇了更適合礦井通風(fēng)瓦斯在蜂窩型燃燒器內(nèi)催化燃燒的催化劑；第二部分在第一部分的基礎(chǔ)上，在非穩(wěn)態(tài)絕熱條件下研究了一種簡單的燃燒系統(tǒng)的初始運行狀況以及系統(tǒng)穩(wěn)定后燃料入口溫度、流場溫度初值、燃料入口速度、入口甲烷濃度的變化對燃燒系統(tǒng)的影響。
　　 第一部分的研究結(jié)果表明：在相同催化壁面溫度下時，Pd催化

3、劑對甲烷的催化活性要優(yōu)于Pt催化劑。在壁面溫度足夠高的情況下，Pd催化劑能更好地適應(yīng)較高的空速率。在入口甲烷濃度大幅降低得情況下，兩種催化劑的穩(wěn)定性表現(xiàn)不相上下，均屬于可以接受的范圍。綜合多項性能指標(biāo)，Pd催化劑更適合于作為礦井通風(fēng)瓦斯在蜂窩型燃燒器內(nèi)催化燃燒的催化劑。另外，該部分還對燃燒器的結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化建議，燃燒器長度應(yīng)適當(dāng)縮短，孔隙密度可適當(dāng)減小。
　　 第二部分的研究結(jié)果表明：在邊界條件為流場溫度初值300K，燃料入口溫度

4、850K，燃料入口速度0.1m/s，入口甲烷體積濃度為1％的初始運行工況下計算得出甲烷轉(zhuǎn)化率為85％，出口煙氣最大溫度能達到1140K。燃料入口溫度的降低對燃燒效率有一些負面影響。但在流場初值為1000K，燃料入口溫度下降到700K時，甲烷轉(zhuǎn)化率依然有81％。流場初值是決定燃燒系統(tǒng)整體性能的一個重要因素，應(yīng)保持在950K以上。燃料入口速度的增大雖然能提高一定的燃燒器功率，但會導(dǎo)致燃燒效率的大幅度降低。在本文計算的最低的0.2％甲烷體積濃