發(fā)布時(shí)間：2017-09-15 04:28

  本文關(guān)鍵詞：低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置工作過程模擬研究

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【摘要】：煤礦瓦斯是一種與煤層伴生的氣體,同時(shí)也是一種理想的清潔能源。但是,它卻具有很強(qiáng)的溫室效應(yīng)。由于我國煤炭儲量極其豐富,因此煤礦瓦斯的儲量也非常豐富。目前,我國已經(jīng)查明了有36萬億立方米儲量的煤礦瓦斯,位居世界第三。若將如此巨大儲量的煤礦瓦斯直接排到大氣,不僅能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,還可能造成巨大的能源損失。因此,煤礦瓦斯的利用已經(jīng)成為現(xiàn)在人類關(guān)注的焦點(diǎn)。本文基于山東理工大學(xué)自主研發(fā)的低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置,利用FlexPDE軟件對甲烷在壁面涂有Pd催化劑的反應(yīng)室內(nèi)的預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性進(jìn)行了研究,并分別對不取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)和取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括:(1)建立了低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置數(shù)學(xué)模型。利用一維非均質(zhì)連續(xù)數(shù)學(xué)模型建立反應(yīng)室模型,該模型包括四個(gè)守恒方程:氣相質(zhì)量守恒方程、固相質(zhì)量守恒方程、氣相能量守恒方程、固相能量守恒方程;利用集總參數(shù)法建立預(yù)熱器模型。通過FlexPDE軟件數(shù)值計(jì)算反應(yīng)室內(nèi)溫度分布規(guī)律,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。計(jì)算結(jié)果表明:模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,反應(yīng)室內(nèi)軸向溫度變化趨勢基本一致,都是呈先顯著升高后緩慢下降的趨勢。所以,本文所建立的低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置數(shù)學(xué)模型基本適應(yīng)于甲烷預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性的研究,可利用該數(shù)學(xué)模型對甲烷氧化進(jìn)行后續(xù)的模擬研究工作,探究甲烷預(yù)熱催化氧化裝置自熱維持狀態(tài)的影響因素。(2)對甲烷預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性進(jìn)行了研究。研究了甲烷體積濃度、風(fēng)量和預(yù)熱器預(yù)熱面積對反應(yīng)室軸向溫度分布、甲烷轉(zhuǎn)化速率、預(yù)熱溫度和排煙溫度的影響。模擬結(jié)果表明:隨著甲烷體積濃度的增大,反應(yīng)室軸向溫度升高,甲烷轉(zhuǎn)化速率加快,預(yù)熱溫度和排煙溫度均升高;隨著風(fēng)量的增大,反應(yīng)室軸向溫度升高,甲烷轉(zhuǎn)化速率減慢,預(yù)熱溫度和排煙溫度均升高;隨著預(yù)熱器預(yù)熱面積的增大,反應(yīng)室軸向溫度升高,甲烷轉(zhuǎn)化速率加快,預(yù)熱溫度升高,排煙溫度降低。(3)對不取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)進(jìn)行了研究。第一,當(dāng)排煙溫度為100℃,預(yù)熱催化氧化裝置實(shí)現(xiàn)自熱維持狀態(tài)時(shí),研究了一定風(fēng)量下,甲烷體積濃度與預(yù)熱器預(yù)熱面積的關(guān)系和甲烷體積濃度與預(yù)熱溫度的關(guān)系。模擬結(jié)果表明:隨著甲烷體積濃度的增大,預(yù)熱器預(yù)熱面積增大,預(yù)熱溫度也增大。最后,通過多項(xiàng)式函數(shù)分別擬合了甲烷體積濃度與預(yù)熱器預(yù)熱面積的關(guān)系和甲烷體積濃度與預(yù)熱溫度的關(guān)系。第二,當(dāng)預(yù)熱催化氧化裝置實(shí)現(xiàn)自熱維持臨界狀態(tài)時(shí),研究了一定風(fēng)量下,甲烷體積濃度與臨界預(yù)熱器預(yù)熱面積的關(guān)系。模擬結(jié)果表明:隨著甲烷體積濃度的增大,臨界預(yù)熱器預(yù)熱面積減小。最后,通過指數(shù)函數(shù)擬合了甲烷體積濃度與臨界預(yù)熱器預(yù)熱面積的關(guān)系。(4)對取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)進(jìn)行了研究。當(dāng)裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)熱催化氧化自熱維持臨界狀態(tài)時(shí),研究了風(fēng)量為900m3/h時(shí),甲烷體積濃度與最佳取熱百分?jǐn)?shù)的關(guān)系。模擬結(jié)果表明:隨著甲烷體積濃度的增大,最佳取熱百分?jǐn)?shù)增大。最后,通過多項(xiàng)式函數(shù)擬合了甲烷體積濃度與最佳取熱百分?jǐn)?shù)的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：低濃度瓦斯 預(yù)熱催化氧化 FlexPDE 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.67
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 低濃度瓦斯利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 熱逆流氧化技術(shù)（TFRR）12-13
• 1.2.2 催化逆流氧化技術(shù)（CFRR）13-14
• 1.2.3 預(yù)熱催化氧化技術(shù)（CMR）14-15
• 1.3 規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑研究現(xiàn)狀15
• 1.4 甲烷催化氧化裝置數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 板式預(yù)熱器數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀17
• 1.6 課題研究的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置數(shù)學(xué)模型19-27
• 2.1 低濃度瓦斯預(yù)熱催化氧化裝置介紹19-20
• 2.2 反應(yīng)室守恒方程20-22
• 2.2.1 氣相質(zhì)量守恒方程20-21
• 2.2.2 固相質(zhì)量守恒方程21
• 2.2.3 氣相能量守恒方程21-22
• 2.2.4 固相能量守恒方程22
• 2.3 反應(yīng)氣體物性參數(shù)22-23
• 2.4 預(yù)熱器換熱方程23-24
• 2.5 邊界條件及初始條件的建立24
• 2.6 FlexPDE軟件介紹24
• 2.7 數(shù)學(xué)模型的迭代計(jì)算方法24-25
• 2.8 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析25-26
• 2.9 本章小結(jié)26-27
• 第三章 預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性的研究27-54
• 3.1 甲烷體積濃度對預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性的影響27-35
• 3.1.1 甲烷體積濃度對反應(yīng)室軸向溫度分布的影響27-30
• 3.1.2 甲烷體積濃度對甲烷轉(zhuǎn)化速率的影響30-33
• 3.1.3 甲烷體積濃度對預(yù)熱溫度及排煙溫度的影響33-35
• 3.2 風(fēng)量對預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性的影響35-45
• 3.2.1 風(fēng)量對反應(yīng)室軸向溫度分布的影響36-39
• 3.2.2 風(fēng)量對甲烷轉(zhuǎn)化速率的影響39-42
• 3.2.3 風(fēng)量對預(yù)熱溫度及排煙溫度的影響42-45
• 3.3 預(yù)熱器預(yù)熱面積對預(yù)熱催化氧化反應(yīng)特性的影響45-53
• 3.3.1 預(yù)熱器預(yù)熱面積對反應(yīng)室軸向溫度分布的影響45-48
• 3.3.2 預(yù)熱器預(yù)熱面積對甲烷轉(zhuǎn)化速率的影響48-50
• 3.3.3 預(yù)熱器預(yù)熱面積對預(yù)熱溫度及排煙溫度的影響50-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 不取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)的研究54-60
• 4.1 研究目的和方法54
• 4.2 定排煙溫度下，，預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)的研究54-57
• 4.2.1 甲烷體積濃度與預(yù)熱器預(yù)熱面積的關(guān)系54-56
• 4.2.2 甲烷體積濃度與預(yù)熱溫度的關(guān)系56-57
• 4.3 預(yù)熱催化氧化自熱維持臨界狀態(tài)的研究57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 取熱時(shí)預(yù)熱催化氧化自熱維持狀態(tài)的研究60-63
• 5.1 研究目的和方法60
• 5.2 取熱方法及數(shù)學(xué)模型60-61
• 5.3 預(yù)熱催化氧化自熱維持臨界狀態(tài)取熱的研究61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 第六章 全文總結(jié)與工作展望63-65
• 6.1 全文總結(jié)63-64
• 6.2 工作展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 附錄 數(shù)值計(jì)算符號說明68-71
• 在讀期間公開發(fā)表的論文71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳帥;煤礦乏風(fēng)瓦斯預(yù)熱催化氧化性能研究[D];山東理工大學(xué);2013年

本文編號：854326