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目的

　　全世界因煤礦開采每年排入大氣中的CH4總量為2500萬(wàn)t，其中70%來自煤礦乏風(fēng)。將CH4直接排放到大氣中，一方面造成了有限的不可再生資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；另一方面，加劇了大氣污染，甲烷是一種溫室氣體，以100年計(jì)甲烷的溫室效應(yīng)是CO2的21倍，甲烷的溫室效應(yīng)影響居第二位(17%)，僅次于CO2(55%)。因此，合理回收利用煤礦乏風(fēng)中CH4具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。煤礦乏風(fēng)中CH4濃度通常低于1%，利用難度大。本文利用自行研制的蓄熱逆流氧化裝置對(duì)煤礦乏風(fēng)的氧化過程進(jìn)行了研究，考察了CH4濃度、乏風(fēng)流量、換向周期和反應(yīng)區(qū)溫度對(duì)煤礦乏風(fēng)氧化的影響。

方法

　　搭建了煤礦乏風(fēng)蓄熱逆流氧化裝置，它是由1個(gè)氧化反應(yīng)爐、4個(gè)閥門和1個(gè)能量獲取系統(tǒng)組成。爐體內(nèi)部采用蜂窩陶瓷蓄熱體，內(nèi)表面采用陶瓷纖維棉等保溫材料。爐體中間為電加熱器，在爐體軸線上布置12個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，兩換熱器內(nèi)部稱為中心區(qū)，共布置4個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，換熱器外側(cè)稱為預(yù)熱區(qū)，分別布置4個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，熱電偶輸出信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)的瞬態(tài)監(jiān)測(cè)。氣體的流向變化由2個(gè)1組共4個(gè)電磁閥實(shí)現(xiàn)。模擬煤礦乏風(fēng)由天然氣和空氣配制而成。

結(jié)果

　　(1) 爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布呈現(xiàn)一種中間高、兩端低的對(duì)稱式分布，中心區(qū)具有較高的溫度，從而可以保證氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行，兩側(cè)進(jìn)出口的溫度較低，說明排煙損失較小，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被有效的獲??；(2) 當(dāng)CH4濃度為0.2％時(shí)，爐內(nèi)中心區(qū)的溫度維持在1 000℃左右，CH4氧化率為99.2％，說明氧化反應(yīng)爐能夠維持超低濃度的自熱氧化反應(yīng)；(3) 隨著CH4濃度的增加，中心區(qū)的溫度升高，高溫區(qū)的范圍變大，氧化反應(yīng)區(qū)域變寬，有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，兩側(cè)預(yù)熱區(qū)的溫度變化不大，進(jìn)出口溫差變化較小，說明排煙熱量損失基本不變，受CH4濃度變化的影響較??；(4) 隨著乏風(fēng)流量的增加，中心區(qū)的最高溫度升高，高溫區(qū)域變寬，有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)進(jìn)出口溫差變大，被氣體帶走的熱量增加，排煙熱量損失增加；(5) 最佳換向周期范圍為90～150 s，乏風(fēng)氧化的最低反應(yīng)溫度為880 ℃左右，并且受反應(yīng)濃度的影響較小。

結(jié)論

　　爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布呈現(xiàn)一種中間高、兩端低的對(duì)稱式分布，當(dāng)CH4濃度為0.2％時(shí)，蓄熱逆流氧化裝置能夠維持自熱氧化反應(yīng)；隨著CH4濃度的增加，中心區(qū)的溫度升高，高溫區(qū)的范圍變大，氧化反應(yīng)區(qū)域變寬；隨著乏風(fēng)流量的增加，中心區(qū)的最高溫度升高，高溫區(qū)域變寬，但進(jìn)出口溫差變大，熱量損失增加；最佳換向周期范圍為90～150 s；煤礦乏風(fēng)氧化的最低反應(yīng)溫度為880℃左右。