【正文】 山東理工大學 碩士學位論文 煤礦乏風的預(yù)熱催化氧化試驗研究 Experimental Study of Coal Mine Ventilation Air Methane Preheat Catalytic Oxidation 研究 生 : 孫金宇 指導教 師 : 劉 永 啟 教授 協(xié)助指導教 師： 鄭斌 講師 毛明明 講師 孟建 講師 申請學 位門類級 別 : 工學碩士 學科專業(yè)名 稱 : 動力機械及工程 研 究 方 向 : 低品質(zhì)能源與余熱高效利用 論文完成日 期 : 20xx 年 4月 10 日 單位代碼： 10433 學 號： Y1202061 分類號： TK05 密 級： 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得山東理工大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名： 時間： 年 月 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解山東理工大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱；學?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學位論文。 (保密的學位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 研究生簽名： 時間： 年 月 日 導師簽 名 ： 時間： 年 月 日山東理工大學碩士學位論文 摘要 I 摘要 我國每年通過煤礦排入大氣的甲烷約為 200 億 Nm3/h，其中超低濃度乏風瓦斯占瓦斯總量的 80%以上，但超低濃度乏風瓦斯具有風量大、甲烷濃度低、風量和甲烷濃度波動范圍大等特點，由于難以利用而被直接排空，這就造成了嚴重的環(huán)境污染和能源浪費。因此研究煤礦乏風瓦斯的利用技術(shù)具有重要的意義。 本文針對山東理工大學自行搭建的煤礦乏風瓦斯預(yù)熱催化氧化試驗裝置，首先對其進行改造設(shè)計，以實現(xiàn)試驗裝置的穩(wěn)定自維持運行 ，利用試驗臺進行了一系列起動及運行性能試驗研究，得到結(jié)果如下： （ 1） 起動性能 試驗研究，研究結(jié)果表明：隨著乏風流量的增加，升溫速率逐漸降低，同時氧化床內(nèi)同一截面上的溫度均勻性有所改善；隨著加熱功率的增加，升溫速率逐漸提高，但同時氧化床內(nèi)同一截面上的溫度均勻性更差； 試驗裝置的最佳起動流量比例系數(shù)為 ， 各流量比例系數(shù)情況下的最低起動功率為 ，最佳起動功率為最低起動功率的 。 （ 2） 氧化性能 試驗研究，研究結(jié)果表明：隨 空速 的增大，氧化床溫度和甲烷轉(zhuǎn)化率均是先有緩慢增長后 出現(xiàn)明顯下降，預(yù)熱器能量回收效率出現(xiàn)下降，排煙溫度有所提高；隨著 甲烷濃度 的增大，氧化床溫度和甲烷轉(zhuǎn)化率均有所提高，預(yù)熱器能量回收率也隨之增大，排煙溫度出現(xiàn)增長；隨著 氧化床入口溫度 的提高，氧化床溫度和甲烷轉(zhuǎn)化率均出現(xiàn)顯著增長，預(yù)熱器能量回收效率和排煙溫度均有一定程度的提高； （ 3） 阻力特性 試驗研究，研究結(jié)果表明：隨 乏風流量 的增大，各部分阻力損失均有所增長，乏風段和煙氣段的增長隨風量近似呈二次曲線，氧化床段的增長隨風量近似呈線性；隨著 氧化床溫度 的增加，各部分阻力損失均增大，乏風段與煙氣段損失與溫度近似呈指數(shù)增長 關(guān)系，氧化床內(nèi)阻力損失與溫度近似呈線性增長關(guān)系；根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對試驗裝置各部分的阻力損失分別進行了擬合，得到經(jīng)驗公式。 關(guān)鍵詞 ： 煤礦乏風，預(yù)熱催化氧化，起動性能，催化氧化性能，阻力特性。山東理工大學碩士學位論文 Abstract II Abstract More than twenty billion cubic meters of methane is discharged each yeah in China, 80 percent of the coal mine methane is of ultralow concentration, which has the quality of huge volume, low concentration and it fluctuate strongly in amount and concentration. So most of methane is discharged without any treatment, as a result, environment pollution and energy waste is increasingly serious. So it is of vital importance to study new technology dealing with ultralow concentration methane. The characteristic of a latemodel preheat catalytic oxidation device was experimentally studied in this paper. Before that, some improvements and new design were done to keep the device selfrunning. Then lots of experiments were done to study the performance of the device, the contents are as follows: (1)The study of starting performance shows that, with the increase of flow rate, the heating rate decrease, and the temperature of oxidation bed is more even。 with the increase of heating power, the heating rate increase, and the evenness of temperature in oxidation bed is worse。 the best coefficient of flow rate is between and , the lowest starting power is , and the optimum starting power is times of the lowest starting power. (2) The study of oxidizing performance shows that, with the increase of flow rate, the temperature in oxidation bed and the conversion rate of methane increase slowly then decreases rapidly, the efficiency of energy recovering decreases rapidly, and the temperature of exhaust gas increases slightly。 with the increases of concentration of methane, the temperature in oxidation bed and the conversion rate of methane increase, the efficiency of energy recovering increases, and the temperature of exhaust gas increases slightly。 with the increase of temperature of oxidation bed entrance, the temperature in oxidation bed and the conversion rate of methane increase, the efficiency of energy recovering increases, and the temperature of exhaust gas increases to some extent. (3) The study of resistance characteristics shows that, resistance loss in each part increases with the increase of flow rate, but the pattern are different: the resistance loss in preheater increase quadratic, the resistance loss in oxidation bed increase linearly。 resistance loss in each part increases with the increase of temperature in oxidation bed, but 山東理工大學碩士學位論文 Abstract III the pattern are different: the resistance loss in preheater increase quadratic, the resistance loss in oxidation bed increase linearly。 empirical formula of the device was got on the basic of lots experiments. Key word: coal mine ventilation air methane, preheat catalytic oxidation, starting performance, resistance characteristic. 山東理工大學碩士學位論文 目錄 IV 目錄 摘要 ................................................................................................................................ I Abstract.......................................................................................................................... II 目錄 ............................................................................................................................. IV 第一章 緒論 ................................................................................................................. 1 選題背景和意義 ............................................................................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. 2 輔助燃 料 ............................................................................................... 2 主要燃料 ..................................................................