分区控制对乏风热逆流氧化装置温度场的影响.pdf

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1、第52卷第7期V01．52No．7农业装备与车辆工程AGRICUIJTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2014年7月Julv2014doi：10．3969巧．issn．1673—3142．2014．07．002分区控制对乏风热逆流氧化装置温度场的影响李志伟，刘瑞祥(255049山东省淄博市山东理工大学交通与车辆工程学院)[摘要]在大型煤矿乏风氧化装置运行过程中，存在着氧化装置内各个区域温度场分布不协调的情况。为了解决这个问题，在自行设计的煤矿乏风氧化装置实验台上进行了温度场分区控制实验。通过调节换向时间和各个区域煤矿乏风进口

2、流量，实现对氧化装置温度场的协调控制。实验结果表明：增大某一区域进口流量调节阀开度可以提高其整体温度场的增加速度；调整某一区域上、下进口流量调节阀的开度差值和换向时间，可以有效地对温度场峰值偏移进行控制。[关键词]乏风氧化；整体温度场；温度场峰值偏移；分区控制[中图分类号]TD712[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2014)07一o005一040引言煤矿乏风中甲烷浓度低是制约其利用的主要难题，目前有效的利用方法是采用热逆流氧化技7R(ThermalFlowReversalReactor，简称TFRR)。其工作原理为：首先用外部加热器将蓄热陶

3、瓷氧化床加热到甲烷氧化温度，然后停止加热，周期性地通入常温下的煤矿乏风进行自氧化。该技术的关键是要将送入蓄热体的煤矿乏风不断变换流动方向，使煤矿乏风瓦斯中的甲烷在蓄热体中氧化放热，以保证氧化过程的自维持。氧化过程中产生的热量可以用于制冷、制热或发电[1_习。对于大型煤矿乏风热逆流氧化装置而言，存在装置内部温度场不协调的问题，这对其整体性能有很大的影响。例如，局部超温，在横截面上就基金项目：山东省科技发展计划(2012GGxl0417)；山东省自然科学基金资助项目(zR2009FQ023，zR2011EL017)收稿日期：2014一04一032014一04一

4、09会出现很大的温度梯度，进而产生热应力，很容易使蓄热体产生变形甚至损坏。局部温度过低，则有可能局部反应终止，使蓄热燃烧熄火，造成该部分甲烷未氧化而直接排除，产生安全隐患。此外，氧化装置内部温度过高，将会导致装置的稳定性变差，影响整个装置的可靠运行。研究表明，煤矿乏风流量和换向时问是影响氧化床温度分布的重要因素。煤矿乏风流量的增加，会使得氧化装置中心区最高温度升高，高温部分变宽，有利于氧化反应的进行。适当的换向时问是保证氧化装置高效运行的重要条件之一，过小的换向时问会导致大量煤矿乏风在换向时没来得及氧化而被直接吹走，过大的换向时问会使氧化装置温度场偏移增大

5、，能量回收率下降¨5]。基于以上方面的考虑，本文采用调整煤矿乏风进口流量和换向时问的分区控制策略，在自行设计的煤矿乏风氧化装置实验台上进行了温度场分区控制实验，为大型煤矿乏风氧化装置温度场．陀‰㈣_罟Ⅷ．耋一剐{喜地唧妇一叩‰姆峨一一～一一一一一～珈2。_《山wⅧ肛脚掣糍霉一～．墨嶝洲_喜～一‰=著_蓁一～一一～一一一一一一～一：詈一酬一扎一一．一．一一Ⅺ而陆一谢缸=薹．虽b蹦一一咖～一．一一曲一一m‰一}}删m甜劬叩；耋一一一一一～一一～n坨，，Ko矗出k～一～一～～一一一一一一耐m一一一一～岫伽抽岫幽～舳渊洲=著豳一．一一～一一一～一一阳E星l=埘d_

6、篁一幽_虿州，Ⅸ订丑Ⅺm“m"a帕E虮Ⅲ出㈣眦曲胁Ⅲ咖脚一一一一～～一一一黜脚一一一一一．一脚6农业装备与车辆工程的协调控制提供了一套可行的方案。1实验装置图1所示为实验装置示意图，其中的氧化床由蜂窝陶瓷蓄热体组成，外表面由陶瓷纤维棉等保温材料包裹，具有良好的隔热性能。氧化床的尺寸为0．6m×0．6m×1．9m。为达到分区控制的目的，将氧化床沿纵向均分成A、B两个区域，尺寸为0．6m×0．3m×1．9m。每个区域的上方和下方都有两个阀门控制气流的进出，其中进口阀门为流量调节阀，可以对进入每个区域的气体流量进行控制，出口阀门为开关电磁阀。整个实验装置的气体流

7、向变化由8个阀门控制，当上进A，上进B，下出A，下出B阀门(1，3，6，8号阀门)打开，上出A，上出B，下进A，下进B阀门(2，4，5，7号阀门)关闭时，流向为自上而下：当上出A，上出B，下进A，下进B阀门(2，4，5，7号阀门)打开，上进A，上进B，下出A，下出B阀门(1，3，6，8号阀门)关闭时，流向为自下而上。1．上进A阀门2．上出A阀门3．上进B阀门4．上出B阀门5．下进A阀门6．下出A阀门7．下进B阀门8．下出B阀门图1分区控制实验台示意图Fig．1Theexpe—menta㈨gOfzOnecOntrOl实验中测量的主要参数有主管路煤矿乏风流量，

8、煤矿乏风甲烷浓度，流量调节阀开度和氧化床温度。主管路煤矿乏风流量和