多床式瓦斯热逆流氧化装置陶瓷床设计方法及关键参数研究

针对多床式热逆流氧化装置陶瓷床的设计难题,基于蓄热式换热器的设计计算方法,形成了一套多床式热逆流氧化装置陶瓷床的设计计算方法,研究了燃烧室温度、进气甲烷浓度下限值和进气流速3个关键参数的影响。陶瓷床所需蓄热体体积随燃烧室温度设定值的升高和进气甲烷浓度下限值的降低而升高。随进气流速增加,所需蓄热体体积逐渐减少,但蓄热体的高度线性增加。综合考虑投资及运行成本确定了一组设计参数,即燃烧室温度设定为900℃,进气甲烷浓度下限值设定为0.25%,进气流速设定为2 m/s。经设计计算,原料气处理量为10万m^(3)/h的五床式热逆流氧化装置,5个陶瓷床共需要使用蓄热体97.75 m^(3),蓄热体高度为1.85 m。

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1～2s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。

蜂窝陶瓷蓄热体中的辐射传热

蜂窝陶瓷是由贯穿本体非常密集的小孔构成,当载热气体沿孔隙通过蜂窝体时,则其中每一单孔可看作非等温空腔。在前期模型的基础上,以圆形孔道的辐射蜂窝体为研究对象,建立了考虑辐射、对流与热传导复合传热时的能量控制方程。使用FlexPDE软件数值计算出蓄热陶瓷氧化床的温度分布以及辐射对氧化床温度的影响。结果表明,氧化床轴向温度呈梯形分布;辐射具有平滑氧化床温度梯度的作用。所得模拟结果与实验结果较为吻合。