煤炭地下气化双层注气管传热特性研究

强制氧化点火技术是在地面将空气或富氧气体加热到一定温度后，通过双层注气管的内管输送到地下煤层，对煤层进行强制氧化直至煤层着火。为获得煤炭地下气化强制氧化点火技术的工艺参数，对双层注气管装置的传热特性进行试验研究，获得了2种不同介质在不同注气条件下的流体温度参数，分析了双层注气管内空气和氧气介质的传热过程，计算了不同条件下对应的双层注气管内管传热局部热损失及换热系数，基于傅里叶传热理论建立了二维圆柱体系下圆管内充分发展的稳定流动时流体温度的计算模型，得出了1 000 m的双层注气管的流体温度参数。结果表明，氧气的温度上升速率明显比空气快，并且达到稳定状态时的温度也更高；随着流体流速的增加，注气管出口流体温度随之升高；局部换热系数逐渐降低并在过渡流区域逐渐稳定趋于定值，其中空气约为42.229 W/(m2·℃),氧气约为41.384 W/(m2·℃);局部热损失随着距离的延伸逐渐减小，其中热空气的稳定热损值为3.28 J/s,热氧气的稳定热损值为2.68 J/s;试验温度分布值与理论温度计算模型结果的相对误差小于2%,基于建立的温度计算模型得出当双层注气管距离达到1 000 m时空气出口温度约为104.52℃,氧气出口温度约为114.36℃。上述结果可以为强制氧化点火技术的工程应用提供借鉴。