预混天然气催化燃烧及其传热传质特性的研究

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1、北京工业大学博士学位论文预混天然气催化燃烧及其传热传质特性的研究姓名：许考申请学位级别：博士专业：热能工程指导教师：刘中良20061001北京工业大学工学博士学位论文非稳态过程进行数值计算。结果表明，效率因子沿通道轴向由最大值不断减小到最小值后缓慢增加，并随时间不断减小。由此推断，在反应刚开始阶段，甲烷扩散阻力较小，但随着反应的进行，反应物扩散阻力增加，导致了效率因子的降低。数值研究了方向通道的热质传递、燃烧排放。结果表明，方形通道内Nu数变化趋势与圆形的类似，但在进口段由于壁面处径向速度较小，两边相交处甚至为0，这使得Nu数及砌变小，进口段热质传

2、递减弱。对载体通道内的均相燃烧进行模拟。研究表明，通道墙壁的导热系数、外部的热损对载体通道内均相燃烧稳定运行影响较大。墙壁的导热系数和外壁面的热损直接影响着火焰的点燃、稳定及氮氧化物的生成。对于预混甲烷气体，仅存在一个很小的流速区间能维持通道内的燃烧。最后分析了轴向及径向的温度对载体通道的影响，探讨载体通道在高效、环保工况下的热力条件。为了有效控制长的催化剂载体NOx高排放问题，将二次补气技术应用到催化燃烧之中。实验研究表明，总能找到一个最佳的燃空比，使得混合催化燃烧的CO和UHC排放较低，而且Nq排放得到更有效的控制。同时，适当的空气预热同样可以

3、改善二次燃烧排放：在进口燃空比为一定时，二次补气量的大小对NO，的产生均有影响。最后应用三维模型模拟了混合催化燃烧的燃烧排放、温度及甲烷分布，并与实验结果基本一致。关键词：催化燃烧；蜂窝载体；天然气；排放；传热传质AbstractThecatalyticcombustionofnatoralgasisextremelycomplicatedanditinvolvesinfow,heatandmasslndnBferandchemical玎翻lc6∞．Inthispaper,basedonexperimentsandnumericalsimulati

4、on,combustionemissions(co，UHCandNOI)，temperaturedistribution,heatandmasstransferinthemonolithchannelandhybridcatalyticcombustiontechnologyWel'estudiedandanalyzedinthetheoryandexperiments．Itisofsignificantinfluencetoextendlongevityofcatalystmonoliths．Insummary,themainresearches

5、areasfollows．Non-adiabaticcatalyticcombustionexperimentsWel"econductedusingself-madeexperimenta／sys'tCllLTheresultsshowedthattheteraperatureoftheflamelesscatalyticcombustionrangedfrom600to950"(2．Verylowtemperatureledtoextinguishmentsandveryhightemperaturemadethecatalystdisable

6、d．Intheexperiments，thenatul-algas-sir(fuel—air)ratiosrangedfrom5％to10％byvolumeandthegoodcatalyticeffectWasobtainedatthefuel／airratioof6．5％whenthenoblemetal—palladiumreachedO．21％basedontheweightofT—A】203．Meanwhile,theexperimentsstillprovedintheshortermonolith,eatalyticcombustio

7、nWaSinverygoodconditionandthesurfacetemperatureofmonolithWasrelativelylower．Oppositely,inthelongermonolith,thesul-faeetemperaturesincreasedandthelethalNoIemissionsWereslightlyincreased．Subsequently,theinfluenceoflengthofcatalyticmonolithonemissionsWasbrieflyanalyzed．Theadiabat

8、iccatalyticcombustionsystemWasSetupandthecatal蛳ccombustionemi