煤矿乏风瓦斯氧化床取热空间特性对床层取热影响

在试验验证数学模型有效性的基础上,基于煤矿乏风氧化床的取热,采用数值研究的方法,研究了煤矿乏风瓦斯氧化床取热空间特性(蜂窝陶瓷填充率与蜂窝陶瓷开孔率)对取热的影响,计算结果表明:取热空间蜂窝陶瓷填充率增大时,一方面引起氧化床层物理流速的增大,换热器外壁周围的气体流速随之增大,强化换热器的对流换热;另一方面使与换热器进行直接对流换热的气体量减少,削弱换热器的取热;取热空间蜂窝陶瓷填充率增大对取热影响的矛盾两面性使换热器取热率呈现先增大后减小趋势,在填充率为0.49时,氧化床内置换热器取热率存在极大值;取热空间填充蜂窝陶瓷开孔率的减小使取热空间内换热器所在区域与蜂窝陶瓷填充区域阻力不匹配,气体会优先选择阻力小的换热器所在区域,强化换热器的取热,但是取热区阻力相差太大,又影响取热区下游床层气体分布的均匀性,取热空间填充蜂窝陶瓷开孔率常选取为0.64。     

煤矿乏风瓦斯流入特性对填充床内置换热器取热的影响

在实验验证数学模型有效基础上,研究了气体流入特性对煤矿乏风氧化床内置换热器取热的影响,结果表明:填充床内置换热器取热率随床层入口气体质量流速均匀性指数的下降而减小,蜂窝陶瓷的存在导致气体流动单向导通、增大床层物理流速及辐射面积,使床层入口气体质量流速均匀性指数减幅相同时填充床内置换热器取热率减小幅度要比空床换热器大;床层入口气体平均质量流速不变时,内置热器取热率随床层入口气体温度均匀性变差而减小,温度分布不均同时引起流速分布不均,温度分布不均引起的取热率下降幅度要明显大于相同平均质量流速、温度下床层入口气体流速不均引起的取热率下降幅度;对于立式氧化床,各部分气体由于温度不同导致的浮力大小不同以及气体所受浮力由于进风方式不同导致的对流动影响差异,换热器取热率也随之发生变化,随着床层入口气体平均温度逐步升高,进风方式对取热率影响越来越明显。     

取热区蜂窝陶瓷几何特性对换热器取热率的影响

在实验验证数学模型有效性的基础上,数值研究了立式蜂窝陶瓷填充床内取热区蜂窝陶瓷几何特性对填充床内置换热器取热率的影响。热风从取热区下侧的蜂窝陶瓷流出后进入的取热区阻力不匹配,热风会重新分配,一部分进入换热器内置空间,与换热管外壁进行直接的对流换热,另一部分进入取热区蜂窝陶瓷将其加热后与换热管外壁进行辐射换热,取热区蜂窝陶瓷的几何结构影响取热区热风阻力不匹配程度与热风分配,最终影响到换热器取热率。计算结果表明：沿热风流动方向上取热区蜂窝陶瓷几何特性尺寸增大时,换热器取热率减小;垂直热风流动方向上取热区蜂窝陶瓷的两个几何特性尺寸增大时,内置换热器取热率呈现先增大后减小趋势。     

陶瓷填充床内H型翅片管换热特性实验研究

基于热逆流氧化床内置翅片换热器的取热过程,自行搭建陶瓷填充床内置翅片换热器稳态取热实验台,实验研究陶瓷多孔介质围成的狭小空间内H型翅片管的换热特性,并通过外壁镀银的方法分析传热方式对H型翅片管换热系数的贡献。结果表明:H型翅片管边缘的温度随入口温度增加最大增长264℃,随入口雷诺数增加最大仅增长35℃,且靠近基管管壁处温度随入口温度和入口雷诺数变化不大;蜂窝陶瓷的存在强化了H型翅片管外壁面的热辐射作用,同时减小了29. 80%的散热量,但在一定程度上抑制对流传热;辐射传热贡献度随入口温度增加从48. 17%增至60. 34%,随入口雷诺数增加从57. 2%降至55. 35%。对试验数据进行归纳分析,得到陶瓷氧化床内H型翅片管换热特性的试验关联式。     

煤矿乏风氧化床内置翅片换热器几何特性对换热器取热影响

采用Fluent软件,对煤矿乏风氧化床内置换热器翅片几何特性对换热器取热的影响进行了研究,研究结果表明:煤矿乏风氧化床内置翅片换热器的取热率总大于对应光管换热器的取热率,同时随着翅片面积的增大,换热器取热率增大,但增大到一定值后不再增大;同时翅片间距由小逐渐增大时,氧化床内置翅片换热器的取热率先增大后减小,存在取热率的极大值。     

隔热内管对中深层地热井同轴换热器换热性能的影响

中深层地热井同轴换热器作为地下换热系统的重要组成部分，其性能优劣直接决定了地热能开发效率和取热效果。通过现场试验和数值模拟，研究了隔热内管与中深层地热井同轴换热器换热性能的关系并分析了内管隔热长度和隔热方案对同轴换热器出水温度和取热功率的影响。结果表明，将导热系数为0.06W/(m·K)的真空气凝胶隔热钢管作为内管时，同轴换热器短期取热功率为1506.83kW。对于3500m深的地热井，内管隔热性能要求随井深增加而降低，0～1400m段的隔热性能对整体换热效果影响较大，增大管内流量可减小内管有效隔热长度。     

乏风瓦斯蓄热氧化床阻力特性的数值模拟

基于自行开发的煤矿乏风热逆流氧化试验装置,采用多孔介质均质模型,建立了煤矿乏风蓄热逆流氧化的控制方程组和化学反应方程,模拟研究了氧化床运行参数、蜂窝陶瓷的结构参数和物性参数对氧化床的流动阻力和出口温度的影响规律。计算结果表明：在气流方向切换瞬间,氧化床的压强损失瞬时增大,经过1~2 s后趋于稳定;随着进入氧化床的乏风气体表观速度的增加,压强损失和出口温度都增加;乏风甲烷浓度对压强损失影响较小;提高蜂窝陶瓷的孔隙率,可以有效降低阻力损失,但是蓄热能力明显下降;提高比热容,有利于氧化装置稳定运行;随着当量直径的增加,压强损失显著降低。     

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化反应器的数学模型和试验

建立了低浓度甲烷热氧化逆流反应器的数学模型,运用计算流体力学方法进行数值计算,得到各种操作参数下的温度分布及甲烷浓度分布曲线,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,并对影响氧化床运行特性的几个主要因素进行了分析。结果表明,氧化床内温度分布基本成M型,高温区以及甲烷浓度分布曲线沿气体流动方向周期性往复移动;进口甲烷混合气的浓度越大,温度分布峰值就越高并而且更靠近进口端,高温区域的宽度也增宽,而且高温区域中间凹度加深,进出口温度梯度也会增大;预混甲烷气体的流速从0.15 m/s增大到0.70 m/s时,最高温度峰值和高温区变化不大,因为流速增大一方面使单位时间进入氧化床内反应物的数量增加,放出了更多的热量,但是另一方面气体流速升高而带走的对流换热量也会大量增加。     

CNFT-1费托合成催化剂长周期运行性能研究

利用催化剂百吨级中试评价装置,对自主开发的费托合成CNFT-1浆态床铁基催化剂进行了工业运行条件下的2 000 h长周期连续运转试验。催化剂百吨级中试评价装置内浆态床反应器总高28 m,直径DN200,配备有催化剂活化系统、费托合成反应系统、蒸汽包取热系统、催化剂在线置换系统、蜡过滤系统、产物分离系统、气体循环和尾气计量系统等。2 000 h长周期连续运转试验期间CNFT-1催化剂活化温度为250～270℃,活化压力为2.5～3.0 MPa,恒温时间24 h;费托合成反应温度260～270℃,反应压力3.0 MPa,催化剂装填量15 kg。2 000 h长周期性能评价结果表明CNFT-1催化剂在置换率为质量分数13%、置换周期为5～7 d的条件下,百吨级中试评价装置稳定运行,催化剂各项性能数据平稳。其中CO总转化率为95%～96%,CO_2选择性20%,CH_4选择性为2.2%～2.4%;C~+_3收率保持在170～180 g/m~3(标准状态),C~+_3时空产率为0.94～1.05 kg/(kg·h)。当量置换周期为5 d时,每千克催化剂产C~+_3数值保持在700 kg左右,置换周期增加为7 d时,每千克催化剂产C~+_3量数值接近1 000 kg。催化剂耐磨性好,重质蜡中铁含量低于25μg/g。长周期稳定运转试验产品中轻质油品主要组分集中于C_6～C_9,重质油主要组分集中于C_(13)～C_(20),重质蜡主要组分集中于C_(25)～C_(42),合成水中含氧化合物主要组分为正构醇。2 000 h长周期连续运转试验结果表明在煤基浆态床费托合成工业装置工艺条件下,CNFT-1催化剂各项性能指标满足工业生产要求值,完全具备工业应用条件。     

基于化学反应动力学的瓦斯爆炸对冲火焰叠加特征的研究

为了研究煤矿瓦斯爆炸过程中火焰相向叠加后,火焰反应区内的化学反应进程,利用化学反应动力学的基本原理和58步甲烷反应机理,分析了火焰区内化学动力学参数的变化规律。认为煤矿瓦斯爆炸对冲火焰两侧反应区内的化学反应进程具有明显的对称特征。汇聚点处的产物浓度最高,H2O的最大摩尔浓度为0.185 382,CO2为0.082 896 4,最高温度为2 246.43 K。爆炸反应区内的CO、H2离子的最大摩尔浓度分别为5.442 28%和2.430 82%,明显高于其他离子浓度,对最终爆炸产物的生成起关键作用。另外,对H2O的生成速率起关键作用的反应步为OH+H2YKNH2O+H,其生成速率为0.010 593 7 mol/(cm3·s);对CO2起关键作用的反应步为CO+OHFYKNCO2+H,生成速率为0.003 769 56 mol/(cm3·s)。     

矿井乏风氧化装置内蜂窝蓄热体换热过程的数值模拟

矿井乏风氧化装置利用热逆流氧化技术,使乏风中的低浓度甲烷在高温下氧化并放出热量,具有环保和节能的双重意义。对矿井乏风氧化装置内的蜂窝蓄热体的单管通道建立了数学模型,利用FLUENT软件对单管通道内的三维非稳态流动及换热过程进行了数值模拟,得到了蜂窝蓄热体内纵向温度分布、横截面的温度和速度分布、蓄热体纵向温度的瞬时变化规律以及蓄热体的温度效率和压力损失等参数,为矿井乏风氧化装置的设计计算提供了参考。     

移动床中热气体渗流传热与煤热解过程的数值计算

采用热气体对燃烧前的煤颗粒进行渗流炽热预处理,通过理论分析和计算的方法研究移动诃内热气体渗流加热对煤热解反应过程的影响,建立多孔介质渗流传热传质与煤质热解反应相互作用的物理数学模型,研究不同情况下床内颗粒料层中气固温度和煤热解挥发分析出浓度的分布规律,计算结果表明,移动床内煤的热解反应与渗流传热过程密切相关,增大入口渗流速度以及减少给料量,导致热渗透我域扩大,热作用区域内的煤层温度水平提高,热解反应区段向床方向偏移,在热解反应区域,孔隙率对流传质和煤热解过程中有很大的影响,研究结果,对于移动床煤热解反应装置的设计与运行具有一定的参考价值。     

高温铜渣颗粒流换热CFD模拟研究

采用CFD模拟技术研究了铜渣颗粒流余热回收颗粒塔工艺内冷却段气固传热性能和料层阻力特性，分析了颗粒塔内气固温度、压力、换热区间以及换热时间等工艺参数的变化规律。结果表明，冷却空气进入颗粒塔穿过球形铜渣时发生快速强制对流换热过程中，颗粒塔内压降梯度变化大于温度梯度变化；气速越大，换热区高度越小，10 m/s气流速度对应换热区高度仅为0.85 m, 4 m/s气流速度对应换热区高度为1.4 m;换热运行时间随气流速度增大而减小，10 m/s气速对应换热运行时间最短仅为30 s, 4 m/s气流速度对应换热运行时间最长为135 s;增大气流速度有利于强化颗粒塔内气固的换热效果，提高换热量，10 m/s气流速度对应的换热量最大为7.0×10⁷ W。     

燃气锅炉燃烧过程中余热回收利用研究

对燃气锅炉燃烧过程的余热进行回收是未来发展的必然趋势.在对天然气基本特征进行介绍的基础上,分析了排烟温度对余热回收中的冷凝率和锅炉供热效率的影响情况,发现存在反比例关系,而空气含湿量对水蒸气露点温度具有促进作用,有利于水蒸气热量的冷凝回收.设计了一种余热回收装置,包含1个间接式换热器和2个直接接触式换热器,对换热器的基...