煤礦乏風低濃度瓦斯熱逆流氧化理論及實驗研究.pdf

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

2、
　　煤礦乏風風排量巨大、瓦斯?jié)舛鹊鸵约皾舛炔环€(wěn)定,這些特點決定了煤礦乏風瓦斯很難利用傳統(tǒng)燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進行燃燒。目前,熱逆流氧化技術是實現(xiàn)煤礦乏風瓦斯有效減排和熱回收利用的主要技術之一。本文通過理論分析、數值模擬及實驗相結合,對煤礦乏風低濃度瓦斯熱逆流氧化機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過程進行理論分析,建立了包含乏風進氣速度、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影響下的三種蜂窩陶瓷氧化床冷熱態(tài)下的阻力計算數學模型。
　　(3)通過建立煤礦乏風低濃度瓦斯熱逆流氧化的一維數學模型,并對Fluent軟件進行二次開發(fā),對煤礦乏風低濃度瓦斯熱逆流氧化過程進行了數值模擬,考察了包括煤礦乏風進氣速

4、度、乏風甲烷濃度、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對熱逆流氧化溫度場、甲烷轉化率和氧化床阻力的影響。
　　(4)基于自行設計制作的低濃度瓦斯熱逆流氧化實驗系統(tǒng),對煤礦乏風低濃度瓦斯熱逆流氧化開展了系統(tǒng)的實驗研究。實驗內容包括乏風甲烷氧化溫度、裝置散熱損失、熱啟動溫度場以及乏風進氣速度、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低濃度瓦斯熱逆流氧化,并通過單管固定床催化氧化試驗對所制備的催化劑進行了表征、活性評價、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行熱逆流催化氧化實驗研究,對比有無催化劑作用下熱逆流反應,實驗結果表明催化劑的存在不僅大大降低了乏風中低濃度甲烷氧化溫度,而且甲烷轉化率得到明顯提高,同時也提高裝置處理乏風的能力。
　　(7)以單臺處理能力為5