低浓度甲烷在紧凑型重整器燃烧管道中催化燃烧特性

摘要

紧凑型甲烷重整器燃烧管道由燃料气体通道、多孔层以及固体平板组成。在多孔层内部，存在着传热、多组分对流/扩散等多种传递过程，它们与甲烷催化燃烧反应耦合在一起，对重整器的总体性能以及稳定性产生重要影响。编制了三维模拟程序，对CH4 体积浓度不大于1%的CH4/air 混合气在重整器燃烧管道内部化学反应以及气体流动、传热过程进行了研究。结果显示，催化燃烧反应主要在靠近管道入口的多孔层中进行，化学反应剧烈区域附近有一高温区，与高温区相对应，底部壁面向外传热有一热流量最大区域；随着入口CH4 浓度的提高，CH4 化学反应速率、多孔介质层温升、甲烷反应率率与热流量均相应提高。综合考虑，CH4 达到0.4%即具有较高利用价值。研究结果对紧凑型甲烷重整器的设计开发具有一定的指导意义。