取热对热逆流氧化装置运行特性影响的研究

摘要

煤矿乏风热逆流氧化装置将预热、反应和热量回收集成在一起，能够有效的处理煤层气中巨量的煤矿通风瓦斯。其制热技术对矿井乏风的高效利用、环境保护和煤矿安全生产均具有重要意义。本文对这项技术进行了数值研究。
　　首先，对矿井乏风在氧化床中燃烧时的复合传热过程进行了分析。在前期模型的基础上，根据辐射传热的基本原理，以圆形孔道的辐射多孔体为研究对象，求解了蜂窝陶瓷内的辐射源项，完善了氧化床的数学模型。
　　其次，研究了矿井通风机故障时水平氧化装置内的热量扩散规律，并据此对所建数学模型进行了实验验证，实验结果与模拟结果吻合良好。考察了蜂窝陶瓷的孔隙率、比热容和导热系数对氧化床热量扩散的影响。结果表明：在氧化床中心高温区填充0.6m-0.9m的小孔隙率蜂窝陶瓷，床层其它部分填充大孔隙率蜂窝陶瓷，可以提高氧化床的蓄热能力；选择大比热容和低导热系数的蜂窝陶瓷作蓄热体，可以减小热量扩散。
　　再次，数值研究了不取热时氧化床的燃烧特性。考察了甲烷浓度、表观速度、蜂窝陶瓷孔隙率、比热容、导热系数和热量损失系数对氧化床高温区宽度和峰值温度的影响。结果表明，运行参数对氧化装置的稳定性具有明显的影响，并且随着反应的进行，氧化床中的热量逐渐积累，高温区宽度逐渐增大，出口温度逐渐升高。因此有必要从氧化床中取出部分热量。
　　最后，通过氧化床两端内置蛇形管换热器对床层进行取热。根据换热器的传热特性，建立了其传热数学模型。研究了换热面积、甲烷浓度、入口表观速度、蜂窝陶瓷孔隙率和饱和水流速对氧化床高温区宽度，换向时间，换热效率和最大进出口温差的影响。为热逆流氧化床和换热器的设计提供了理论依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

主要符号

第一章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 矿井乏风的治理利用

1.3 矿井乏风氧化取热利用技术

1.4 课题主要研究内容

第二章 乏风热氧化床蜂窝陶瓷辐射作用研究

2.1 氧化床实验设备介绍

2.2 蜂窝陶瓷辐射源项的求解

2.3 FlexPDE软件介绍

2.4 本章小节

第三章 水平氧化装置内热量扩散规律研究

3.1氧化床热量扩散的实验与模拟研究

3.2 孔隙率对热量扩散的影响

3.3 比热容对热量扩散的影响

3.4 导热系数对热量扩散的影响

3.5 本章小节

第四章 不取热时氧化床燃烧特性的研究

4.1 氧化床的燃烧特性

4.2 甲烷浓度对氧化床燃烧特性的影响

4.3 表观速度对氧化床燃烧特性的影响

4.4 孔隙率对氧化床燃烧特性的影响

4.5 比热容对氧化床燃烧特性的影响

4.6 导热系数对氧化床燃烧特性的影响

4.7 热损失系数对氧化床燃烧特性的影响

4.8 本章小节

第五章 换热器数学模型的建立

5.1 换热器外壁传热

5.2 换热器外壁与内壁的热传导

5.3 换热器内壁传热

5.4 本章小节

第六章 取热对氧化床燃烧特性的影响

6.1 气体流动方向的控制

6.2 换热面积对氧化床燃烧特性的影响

6.3 甲烷浓度对氧化床燃烧特性的影响

6.4表观速度对氧化床燃烧特性的影响

6.5 孔隙率对氧化床燃烧特性的影响

6.6 饱和水流速对氧化床燃烧特性的影响

6.7 本章小结

第七章 全文总结和工作展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

在学期间公开发表论文及著作情况