毕业论文（设计）燃用超低热值燃气的旋转回热型催化燃烧器的数值分析.docx

毕业论文（设计）燃用超低热值燃气的旋转回热型催化燃烧器的数值分析.docx:..燃用超低热值燃气的旋转回热型催化燃烧器的数值分析摘要:研究了i种以超低热值燃气为燃料的反应器,即旋转回热型催化燃烧器。其以催化技术燃用超低热值燃气;以幫热和放热交替方式预热燃气至催化起燃温度;以旋转方式维持催化燃烧反应。基于改进的塞流模型,计算分析了反应器的温度分布规律。结果表明:该反应器能有效氧化超热值燃气,适用于锅炉或燃气轮机等系统;燃气和烟气出口温度具冇明显的周期性;反应器壁血温度呈“中间高两端低”分布;周期性旋转不仅维持了催化燃烧持续发生,而R避免了反应器内热彊聚集和催化剂高温失活,有利于提高反应器寿命。关键词:超低热值燃料;催化燃烧;旋转回热;燃烧侧;换热侧0前言在导致地球表面温度升高的温室气体中,甲烷的影响仅次于CO2,但甲烷对温室效应的影响超过C02的20倍叫由于煤矿开釆和农业生成等活动,据估计到2020年世界上甲烷的增长率为12〜16%⑵。2013年中国产煤38亿吨,%,%⑶,但煤炭生产过程中排放的甲烷的回收和利用率却极低。因为这类气体多属于超低热值燃气,其甲烷含量很低(~5%),难以点火燃烧,常直接排入大气环境,不仅加剧了温室效应,也造成了能源浪费。催化型流向变换器(catalyticflowreversalreactor,CFRR),热力型流向变换器(thermalflowreversalreactor,TFRR),催化型整体式反应器(catalyticmonolithreactor,CMR)和催化贫燃燃气轮机是消除和利用超低热值燃气的常用技术⑷。热力型流向变换器在甲烷浓度较低时需要补充大量燃料,有一定的局限性。TFRR和CFRR均使用了流向变换反应器,CMR使用了整体式反应器。在相同质量流量下,CMR比TFRR和CFRR的压损更低,换热面积更大和机械强度更加优异,是消除和利用超低热值燃气的更好选择。催化燃烧易于控制,能适应宽广浓度范围和低温操作,可实现CO、NOx等污染物的低排放甚至零排放⑴但燃气温度达到催化起燃温度后才能发牛催化燃烧,为了克服催化剂低温(<627K)起燃问题⑻,常用蓄热介质⑼⑼或传统回热器Z叨加热燃气到催化起燃温度。澳大利亚联邦科学研究院采用了整体式反应器和回热器,%的矿井通风***气为主燃料,能产生19~20Kwe的电量卩讥但系统中催化燃烧室和金属高温回热器的体积非常庞大。旋转冋热器中热量借助一个旋转的多孔载体由高温烟气传递给低温空气,能克服蓄热介质压损大和传统回热器体积大等缺点。旋转回热器多使用金属载体,能承受的极限温度在1073J273K之间,而一些陶瓷基能适应高达1673K的温度,适用于催化燃烧的基金项目:国家口然科学基金项目(51376123);国家高技术研究发展计划项目(863计划)(2014AA052803〉载体。美国麻省理工Wilson教授研究了陶瓷高温热交换器,该换热器停留约14S后快速旋转()90度,实验测量的效率超过98%,热流和冷流的压力损失低于2%冋。催化燃烧的数值计算有N・S方程、边界层和塞流模型三种方法I⑸。N-S方程模型能真实地反应出催化燃烧特性,但对全尺寸整体式反应器的计算将