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高水分远程惰气发生器的换热研究

周丽萍  
【摘要】: 惰气防灭火技术是煤矿安全生产的有效保障措施之一。远程惰气发生器是生产和输送惰气的动力设备,主要用于封闭火区惰化和采后煤炭自燃的预防,它的研制符合矿井防灭火惰化技术装备的发展方向。该技术综合考虑了同类产品存在的各种问题和现场的应用要求,实现远程送气,可作为矿山救护队的常备装备,用以控制火区瓦斯爆炸事故的发生,因而具有安全、经济上的双重功效和推广使用价值。 本文针对惰气发生器生产的高水分高温惰性气体进行降温减湿,以制取洁净的干惰气。出于经济考虑,力求不改变原有惰气发生器的管壳结构,设法利用原有的结构尺寸设计出小型化、安装方便的换热模块。通过现场调研和文献检索,分析了惰气发生器和换热模块的研究现状,找出了实现远程惰气发生器降温减湿而需解决的关键问题。为此,本文主要研究了惰气热物性模型及惰气复合传热性能。 基于经典的传热学和工程热力学理论,提出了根据惰气成分直接计算惰气物性模型的方法,可计算惰气在0~1200℃范围内任意温度时的物性参数。对定压比热C_p、动力粘度μ,导热系数λ,本文拟合计算值与查表吻合良好,可直接用本文方法代替查表。对于组分不同的惰气混合物,只需知道其成分,将本文所介绍的公式稍加修改,也能计算其物性参数。流体的物性是数据处理重要组成部分,是进行传热计算的有力工具。 高水分惰气对流冷凝传热,它既不同于纯蒸汽的冷凝传热,也不同于含有少量不凝性气体的蒸汽冷凝传热,更不同于空冷器中的凝露。其水蒸汽含量约10%~25%,而不凝性气体的含量高达80%~90%。在高水分远程惰气发生器中,惰气侧的换热过程既存在惰气与换热面间的对流换热的显热交换,又有水蒸汽在界面上冷凝放热的潜热交换,同时还存在辐射换热。通过对上述换热过程的科学分析和精确计算,对换热模块进行了优化,从而实现了降温减湿装置的小型化。 本研究解决了远程惰气发生器小型化和在矿山中推广应用中的关键问题之一——高温高水分惰气降温减湿装置小型化,使之符合矿山灭火设备高效快速、便于搬运的要求,具有较高的学术价值和社会经济意义。


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