基本信息
- 项目名称：
- 矿井乏风逆流氧化过程的模拟研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文在理论分析和合理简化的基础上，建立了矿井乏风逆流氧化的一维数学模型。并采用计算流体力学（CFD）软件（Fluent）模拟了其逆流氧化反应过程，探讨了主要工况参数（如流速、当量比和半周期）对逆流氧化反应温度和反应速率的影响。
- 详细介绍：
- 模拟了半周期为30s、当量比为0.2、流速分别为0.06m/s、0.1m/s和0.2m/s时温度场和反应速率的分布情况。总结出有关逆流氧化反应装置的燃烧特性以及工况参数对其燃烧特性影响的规律，对提高其燃烧效率和能源的利用率有重要作用。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 随着国内煤炭开采量的增加，煤矿中瓦斯排放量也急剧增加，环境污染日益加剧。为了合理有效地利用资源和保护环境，模拟了矿井乏风在逆流氧化装置中的氧化情况，为实际应用打下基础。
科学性、先进性及独特之处
- 将煤矿开采中排放的瓦斯气体通过逆流氧化装置进行氧化反应，放出的热量可以供暖或发电，不仅合理的利用了资源还保护了环境。目前，国内的技术刚起步，不够完善。对矿井乏风逆流氧化反应的数值模拟研究有利于推动瓦斯发电技术技术的发展和更新。
应用价值和现实意义
- 矿井乏风，采用传统燃烧技术,很难回收利用。如果使其在多孔介质内周期往复流动燃烧，可以有效地抑制NOx和CO等污染物生成，同时产生的热可以用于取暖和发电，既节约资源又保护环境。 研究确定逆流氧化床多孔介质材料和填充方式及抽吸装置的最佳布局，获得燃气高温氧化最佳运行的气流物性参数，为相应产品开发研制提供理论依据和技术储备。
学术论文摘要
- 本文在理论分析和合理简化的基础上，建立了矿井乏风逆流氧化的一维数学模型。并采用计算流体力学（CFD）软件（Fluent）模拟了其逆流氧化反应过程，探讨了主要工况参数（如流速、当量比和半周期）对逆流氧化反应温度和反应速率的影响。模拟了半周期为30s、当量比为0.2、流速分别为0.06m/s、0.1m/s和0.2m/s时温度场和反应速率的分布情况。总结出有关逆流氧化反应装置的燃烧特性以及工况参数对其燃烧特性影响的规律，对提高其燃烧效率和能源的利用率有重要作用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]理查德·马特斯.逆流反应器矿井乏风瓦斯发电技术简介[J].中国煤层气,2004,1(2)：44-46 [2] 桑逢云 赵国泉. 通风瓦斯利用技术比较与设备选择[J]. 中国煤层气,2010,7(2): 44-46 [3] 邓洋波,解茂昭,刘宏升等.多孔介质内的往复流动预混合气体燃烧特性的实验研究. 燃烧科学与技术, 2004，10(1):82-87
同类课题研究水平概述
- 国内外煤矿工业都曾开展过逆流氧化技术的研究工作，并正使之趋于商业化。瑞典MEGTEC公司最早开发研制出逆流氧化反应（VOCSIDIZER）装置]，并于1994年在英国一家煤炭公司安装了一套试验装置，其矿井乏风的甲烷含量在0.3~0.6%。2002年，MEGTEC公司将其改进的逆流氧化装置安装在澳大利亚煤矿，作为示范性工程试运行,成功地将矿井乏风氧化释放的热量应用于产生蒸汽来取暖和发电。2004年，MEGTEC公司和澳大利亚的BHP Billiton公司签署了合作协议,准备大规模安装逆流氧化反应装置。加拿大矿物与能源技术中心(CANMET)开发研制出催化逆流氧化反应装置(CH4MIN)，并在加拿大Nova Scotia煤矿安装使用，其主要特点是逆流氧化床中采用了氧化催化剂。2006年，我们国家胜动集团公司也自主开发研制出一台逆流氧化反应装置，并在阜新矿业集团恒大公司北风井等地安装试运行。 目前，有关矿井乏风逆流氧化技术研究，除瑞典的MEGTEC公司的商业报告外，公开发表的研究文献甚为鲜见。瑞典的MEGTEC公司在研究报告中也未透漏开发逆流氧化技术的细节。我们国家对这项技术的研究，正处于起步阶段，逆流氧化装置结构形式、启动方法、大流量气体换向、氧化放出热量提取及过热蒸汽生产等关键技术都未形成自主理论和应用方法。故此，对这一课题进行全面、深入研究就显得十分必要。
