氧化裝置進(jìn)出口乏風(fēng)分配系統(tǒng)數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、煤礦瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的氣體燃料，由于開(kāi)采利用率不高，使得大量的煤礦瓦斯以煤礦乏風(fēng)的形式排入大氣中，進(jìn)而造成了巨大的環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。煤礦乏風(fēng)氧化技術(shù)是回收、利用煤礦乏風(fēng)中甲烷的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了大規(guī)模、低成本治理和利用煤礦乏風(fēng)的新局面，是乏風(fēng)瓦斯綜合利用技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
　　本文采用模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的研究方法，以山東理工大學(xué)自主研發(fā)的煤礦乏風(fēng)熱逆流氧化裝置為原型，研究乏風(fēng)氧化裝置內(nèi)氣體的流動(dòng)均勻性問(wèn)題。

2、具體研究包括以下三部分：
　　(1)以山東理工大學(xué)自主研發(fā)的煤礦乏風(fēng)熱逆流氧化裝置為原型設(shè)計(jì)、建造冷態(tài)模型試驗(yàn)臺(tái)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量得到了不同進(jìn)氣流量時(shí)氧化床內(nèi)氣體的速度分布規(guī)律以及裝置進(jìn)出口壓力損失情況，詳細(xì)討論了入口速度對(duì)流動(dòng)均勻性的影響，并進(jìn)一步分析其流體力學(xué)機(jī)理；另外，根據(jù)Darcy-Forchheimer定律建立了氧化床流動(dòng)阻力的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出單位長(zhǎng)度陶瓷內(nèi)的慣性阻力系數(shù)和粘性阻力系數(shù)，為數(shù)值模擬計(jì)算提供了必要的邊界條件。<

3、br>　　(2)在乏風(fēng)氧化裝置氣流分布模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用CFD軟件FLUENT求解氧化裝置模型內(nèi)的流場(chǎng)特性。論文討論了影響數(shù)值計(jì)算精度的因素，通過(guò)簡(jiǎn)化氧化裝置氣流流動(dòng)的物理模型、確定網(wǎng)格類(lèi)型和調(diào)整網(wǎng)格密度、選擇湍流模型、設(shè)置多孔介質(zhì)模型以及邊界條件等步驟，完成了求解乏風(fēng)氧化裝置內(nèi)流場(chǎng)特性的數(shù)值計(jì)算過(guò)程。模擬計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果一致，驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算方法的可靠性。之后采用該數(shù)值模擬計(jì)算方法分別對(duì)不同氧化裝置結(jié)構(gòu)(如裝置的流型結(jié)構(gòu)，

4、集氣箱形狀和高度，以及氧化床的高度、長(zhǎng)度和孔隙率等)以及進(jìn)氣導(dǎo)流(包含導(dǎo)流板板形、板長(zhǎng)、數(shù)量以及安置方式等)對(duì)流動(dòng)均勻性的影響進(jìn)行了更深入的研究分析。
　　(3)在以上模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值方法對(duì)60000m3/h乏風(fēng)氧化裝置實(shí)型進(jìn)行模擬計(jì)算研究，通過(guò)對(duì)天圓地方擴(kuò)張段以及集氣箱中乏風(fēng)分配的改善，最終給出了60000m3/h氧化裝置進(jìn)出口乏風(fēng)分配系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案成功解決了大型氧化裝置內(nèi)部流動(dòng)不均勻的問(wèn)題