煤矿乏风热逆流氧化床性能优化数值模拟研究

发布时间：2017-08-04 15:41

  本文关键词：煤矿乏风热逆流氧化床性能优化数值模拟研究

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【摘要】：乏风热逆流氧化技术（TFRR）是当前矿井乏风瓦斯利用的主流技术之一，，目前正处于工业化试验进程大发展阶段。氧化床的氧化特性和阻力特性是影响氧化床性能的关键因素，对其综合影响效应的分析目前还没有较为成熟的分析方法。本论文依托国家科技重大专项课题“低浓度瓦斯直接利用技术”，分析了既有1000m3/h乏风热逆流氧化初试装置试验的基础数据，综合应用数值分析、正交实验等分析方法，针对乏风热逆流氧化床的运行参数、结构参数优化主要进行了如下几方面的工作。 （1）根据既有1000m3/h乏风热逆流氧化初试装置所开展的冷热态压损试验、加热启动试验、自热平衡试验等试验基础数据，分析得出了氧化床温度场分布规律和进气流速、甲烷浓度、换向半周期等参数对氧化床压强损失和出口温度的影响规律； （2）建立了乏风热逆流氧化数值分析单通道模型，研究了氧化床的氧化特性，重点考察进气流速、甲烷浓度、换向半周期及氧化床长度等参数对氧化床温度场、氧化率和出口温度的影响。提出“选取适中的进气流速和甲烷浓度、较大的氧化床长度值和较小的换向半周期”的参数取值原则； （3）建立了乏风热逆流氧化数值分析多孔介质模型，研究了氧化床的阻力特性，重点考察了进气流速、甲烷浓度、换向半周期等参数对氧化床压强损失和出口温度的作用规律。指出：随着进气流速和甲烷浓度的提高，氧化床的压强损失增大，换向半周期对压强损失的影响极小； （4）基于正交实验设计方法，将试验结果与模拟结果对比分析，获得了初试装置运行的优化方案：换向半周期为180秒、进气流速为1m/s、甲烷体积分数为0.5%及氧化床长度值为2.9米。初步形成了一种基于数值模拟的乏风热逆流氧化装置性能参数优化分析方法，并将此方法应用到了10万m3/h乏风热逆流氧化工业化装置优化设计中。
【关键词】：矿井乏风 热逆流氧化 数值分析 参数优化
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外现状10-15
• 1.2.1 TFRR 技术研究10-12
• 1.2.2 运行参数对装置性能的影响12-13
• 1.2.3 物性参数对装置性能的影响13-14
• 1.2.4 数值模拟研究14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 1.4 研究方法及技术路线16-18
• 1.4.1 研究方法16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 2 1000m3/h 乏风热逆流氧化装置的实验研究18-26
• 2.1 试验系统18-19
• 2.1.1 系统组成18-19
• 2.1.2 工作原理19
• 2.2 试验结果19-23
• 2.2.1 氧化床冷态压损试验19-20
• 2.2.2 加热启动试验20-22
• 2.2.3 自热平衡试验22-23
• 2.2.4 装置氧化性能试验23
• 2.3 试验结果分析23-25
• 2.3.1 进气流速23-24
• 2.3.2 甲烷浓度24-25
• 2.3.3 换向半周期25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 单通道模型下氧化床氧化特性研究26-49
• 3.1 单孔通道模型的建立26-28
• 3.1.1 物理模型的建立26-27
• 3.1.2 数学模型的建立27-28
• 3.2 化学反应模型的选取28-29
• 3.2.1 模型选取的方针28
• 3.2.2 通用有限速率模型28-29
• 3.3 物性参数的确定29-30
• 3.3.1 蜂窝陶瓷的物性参数29
• 3.3.2 混合气体的物性参数29-30
• 3.4 其余单值性条件30-31
• 3.5 非稳态问题求解技巧31-32
• 3.6 网格无关性分析32-35
• 3.7 各参数对氧化床性能影响35-48
• 3.7.1 氧化床内温度分布35-37
• 3.7.2 换向（半）周期37-40
• 3.7.3 进气流速40-41
• 3.7.4 甲烷浓度41-43
• 3.7.5 乏风进气温度43-46
• 3.7.6 氧化床长度46-48
• 3.8 本章小结48-49
• 4 多孔介质模型下氧化床阻力特性研究49-58
• 4.1 多孔介质模型49-52
• 4.1.1 多孔介质基本概念49-50
• 4.1.2 多孔介质模型简介50-51
• 4.1.3 多孔介质模型基本设置51-52
• 4.2 氧化床基本阻力特性52-54
• 4.2.1 氧化床冷态下的压强损失52-53
• 4.2.2 氧化床热态下的压强损失53-54
• 4.3 各参数对氧化床压强损失的影响54-57
• 4.3.1 进气流速54-55
• 4.3.2 甲烷浓度55-56
• 4.3.3 换向半周期56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 优化结果及拓展性运用58-67
• 5.1 模拟结果与试验结果的对比58-59
• 5.2 装置性能主要影响因素的正交实验设计59-63
• 5.2.1 正交实验表的建立60-61
• 5.2.2 正交实验结果分析61-63
• 5.3 拓展性运用63-65
• 5.3.1 工业化装置简介63
• 5.3.2 模型的建立63-65
• 5.3.3 数值模拟方案65
• 5.4 本章小结65-67
• 6 结论及展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 主要创新点68
• 6.3 后续研究工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 作者简介74
• 在学期间发表的学术论文74
• 在学期间参加的科研项目74-75
• 附录75-76

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王鹏飞;煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化理论及实验研究[D];中南大学;2012年

本文编号：620389