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1、单位代码：10433学 号：Y1202061分类号：TK05密 级：山东理工大学硕士学位论文煤矿乏风的预热催化氧化试验研究Experimental Study of Coal Mine Ventilation Air Methane Preheat Catalytic Oxidation 研究生: 指导教师: 协助指导教师： 申请学位门类级别: 工学硕士 学科专业名称: 动力机械及工程 研 究 方 向: 低品质能源与余热高效利用论文完成日期: 2014年4月10日 独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地
2、方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 时间： 年 月 日关于论文使用授权的说明本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间： 年 月 日山东理工大
3、学硕士学位论文 摘要摘要我国每年通过煤矿排入大气的甲烷约为200亿Nm3/h，其中超低浓度乏风瓦斯占瓦斯总量的80%以上，但超低浓度乏风瓦斯具有风量大、甲烷浓度低、风量和甲烷浓度波动范围大等特点，由于难以利用而被直接排空，这就造成了严重的环境污染和能源浪费。因此研究煤矿乏风瓦斯的利用技术具有重要的意义。本文针对山东理工大学自行搭建的煤矿乏风瓦斯预热催化氧化试验装置，首先对其进行改造设计，以实现试验装置的稳定自维持运行，利用试验台进行了一系列起动及运行性能试验研究，得到结果如下：（1）起动性能试验研究，研究结果表明：随着乏风流量的增加，升温速率逐渐降低，同时氧化床内同一截面上的温度均匀性有所改善
4、；随着加热功率的增加，升温速率逐渐提高，但同时氧化床内同一截面上的温度均匀性更差；试验装置的最佳起动流量比例系数为0.30-0.40，各流量比例系数情况下的最低起动功率为0.03KW/m3，最佳起动功率为最低起动功率的1.3-1.6倍。（2）氧化性能试验研究，研究结果表明：随空速的增大，氧化床温度和甲烷转化率均是先有缓慢增长后出现明显下降，预热器能量回收效率出现下降，排烟温度有所提高；随着甲烷浓度的增大，氧化床温度和甲烷转化率均有所提高，预热器能量回收率也随之增大，排烟温度出现增长；随着氧化床入口温度的提高，氧化床温度和甲烷转化率均出现显著增长，预热器能量回收效率和排烟温度均有一定程度的提高；
5、（3）阻力特性试验研究，研究结果表明：随乏风流量的增大，各部分阻力损失均有所增长，乏风段和烟气段的增长随风量近似呈二次曲线，氧化床段的增长随风量近似呈线性；随着氧化床温度的增加，各部分阻力损失均增大，乏风段与烟气段损失与温度近似呈指数增长关系，氧化床内阻力损失与温度近似呈线性增长关系；根据试验数据对试验装置各部分的阻力损失分别进行了拟合，得到经验公式。关键词：煤矿乏风，预热催化氧化，起动性能，催化氧化性能，阻力特性。VI山东理工大学硕士学位论文 AbstractAbstractMore than twenty billion cubic meters of methane is dischar
6、ged each yeah in China, 80 percent of the coal mine methane is of ultra-low 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 ene
7、rgy waste is increasingly serious. So it is of vital importance to study new technology dealing with ultra-low concentration methane.The characteristic of a late-model preheat catalytic oxidation device was experimentally studied in this paper. Before that, some improvements and new design were done
8、 to keep the device self-running. 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
9、 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 0.3 and 0.4, the lowest starting power is 0.03kW/m3, and the optimum starting power is 1.3-1.6 times of the lowest starting power.(2) The
10、 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 t
11、he 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
12、 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 th
13、e 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 the pattern are different: the resistance loss in preheater increase qua
14、dratic, 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.山东理工大学硕士学位论文 目录目录摘要IAbstractII目录IV第一章 绪论11.1 选题背景和意义11.2 国内外研究现状21.2.1 辅助燃料21.2.2 主要燃料31.3 本课题研究内容8第二章 煤矿乏风瓦斯预热催化氧化装置试验系统92.1 煤矿乏风瓦斯预热催化氧化装置系统组成92.1.1 供气系统92.1.2 预热系统122.1.3 加热起动系统132.1.4 催化氧化反应室142.1.5 排气系统152.1.6 控制系统152.2 煤矿乏风瓦斯预热催化氧化装置工作原理152.3 煤矿乏风预热催化氧化装置改造16
