基于CPFD方法的煤气化气固流态化及输送过程强化

煤粉给料罐是煤粉输送系统中必不可少的一环。某气化技术工艺的煤粉给料罐采用底部流化、侧面出料的方式,内部装有复杂的内构件与出料管道。本文以气固两相流数学模型为基础,采用CPFD(computational particle fluid dynamics)方法,对给料罐内部流化状态开展流体动力学仿真模拟,分析煤粉给料罐内气固两相流的流动特性,模拟给料罐内煤粉疏松、输送的过程,研究影响该给料罐煤粉输送稳定性的影响因素及其规律。

基于氧化石墨烯电化学传感器检测维C

采用Hummer法制备氧化石墨烯(GO),再通过水热法合成石墨烯气凝胶(GAs),采用滴涂法将GAs附着在铟锡氧化物(ITO)电极表面,基于GAs材料构建维C电化学传感器。通过SEM对GAs材料的形貌进行表征,并利用CV和EIS对GAs材料的电化学性能进行表征,并在最优条件下用DPV法对样品中的维C进行定量检测,获得检测线性范围为0.0005~15.0000 mmol/L,检测最低限为0.05μmol/L。

电站烟囱混凝土SO_2腐蚀模拟研究

采用人工加速腐蚀试验方法,研究了电站尾部烟气中SO2对烟囱混凝土的影响。研究了腐蚀介质浓度、相对湿度、温度等环境因素对腐蚀速度的影响。结果表明:1)SO2中性化特征曲线近似为幕函数曲线,指数为0.5;2)中性化深度和SO2浓度的平方根近似成正比;3)中性化速度随着温度增加而增加;4)相对湿度对中性化速度的影响近似正态分布,相对湿度为80%时中性化速度最快;5)结合试验结果初步建立了包括温度、湿度在内的多因素作用下的混凝土SO2腐蚀模型;6)模型预测表明:SO2对电厂烟囱混凝土的气相腐蚀不大,腐蚀主要为酸结露腐蚀。

电站烟囱混凝土硫酸腐蚀的数值模拟

研究了电站烟囱C30混凝土在80℃、质量分数为15%硫酸溶液浸泡条件下的腐蚀规律,根据Fick扩散方程和反应速率方程,提出一个简化的移动边界腐蚀模型.采用定时间步长和变坐标步长的差分求解方法,对移动边界腐蚀模型进行求解,并采用相应的人工腐蚀实验来对模型进行验证.计算结果表明,随着时间的推移,在固定的时间步长内移动界面的位移变缓,腐蚀深度随时间的延续而增加,符合腐蚀的变化规律.计算结果与实验数据有较好的吻合性,该模型可以用于混凝土在硫酸腐蚀下腐蚀速度的预测,指导实际的工程设计.

带脱硫系统的火电厂烟囱低温腐蚀模拟实验研究

采用人工加速腐蚀实验方法,研究了电站尾部烟气对烟囱混凝土的影响。对在H2SO4、HCl和HF酸液下的低温腐蚀进行了比较研究。结果表明:3种酸液对混凝土腐蚀的发展规律符合幂函数的变化关系;在H2SO4和HCl腐蚀下,抗压强度随腐蚀时间的延长而降低,但在HF酸中,抗压强度增加;抗压强度的变化值随着中性化深度增加而增加。混凝土中CaO含量下降是引起强度降低的主要原因;强度大幅度降低(HF酸除外)的根本原因,是由于混凝土中Ca(Al2Si2O8)·4H2O、Na6AlSi2O7和Ca2SiO4·4H2O等组分大量减少。

电站翅片热管空气预热器变壁温数值模拟

介绍了用数值模拟计算方法和FLUENT软件相结合,对带翅片热管空气预热器进行三维数值模拟的方法。模型采用标准κ-ε湍流模型,用数值模拟计算方法计算管壁温度,并将之作为模型的边界条件,用流固耦合法研究了翅片的温度场分布。研究结果表明:换热管翅片迎风面换热效果明显高于背风面;换热管下游存在回流区,背风侧气流速度急剧下降;换热管迎风侧压力高于背风侧相应点的压力,沿流动方向压力分布具有分段降低的特征;模拟结果与已有文献的试验结果吻合良好,所以该方法能有效地模拟预热器流场与温度场的细观信息,为空气预热器的进一步理论研究和推广应用提供了依据。

燃煤电站烟囱中硫酸冷凝沉积速度的数值预测

燃煤电站烟气中存在着1～50μL/L左右的SO3蒸汽,当烟气温度低于酸露点时,硫酸蒸汽在烟囱低温面冷凝沉积生成酸液,对烟囱造成腐蚀,影响烟囱的运行寿命.冷凝酸液的沉积速度是决定低温面腐蚀速率和寿命的关键因素.基于CFD软件平台,采用了修正的逸度方程和热力学相平衡理论,建立了传质模型,对烟囱冷凝酸液的沉积速度进行数值预测.文中具体讨论了烟气中硫酸蒸汽含量、水蒸汽含量、壁面温度和烟气流速各因素对硫酸冷凝速度的影响,定量地模拟出烟囱在不同条件下硫酸冷凝沉积速度.模拟结果与已有文献的试验结果吻合良好,可以用于烟囱的寿命预测和防腐设计.

二氧化碳加氢制甲醇过程热力学分析

CO2加氢制甲醇是温室气体CO2资源化一个极具前景的研究领域，本文采用吉布斯自由能最小法耦合非理想体系PR状态方程对反应过程进行了热力学平衡分析。结果表明，提高压力和降低温度有利于反应的进行，有利于提高CO2的转化率，同时提高了CH3OH的选择性；增加原料n（H2）/n（CO2）有利于提高CO2的转化率和CH3OH的选择性。另外，适当添加少量CO作为原料，CO可能从产物转变为反应物，因此虽然降低了反应过程CO2的转化率，但能够增加单位CO2的CH3OH产率，不过，若原料气中CO含量过多，则CO2加氢过程转变为传统的CO加氢过程；由于反应过程受热力学平衡的制约，CO2单程转化率较低（约20%~30%），采用尾气循环的工艺过程能够成倍提高CO2总转化率。

多尺度气泡尺寸分布数字图像测量方法研究

鼓泡塔是一种广泛应用于能源和环境领域的多相流反应器,鼓泡塔中气泡的大小和浓度对于研究鼓泡塔中“三传一反”过程具有重要意义。采用高速摄像法和数字图像处理技术开展了鼓泡塔中内多尺度气泡尺寸分布测量研究,针对气泡识别过程中密集气泡易发生重叠的问题,提出基于曲率计算的凹点匹配与圆周拟合的重叠气泡分割与轮廓重构算法。搭建了鼓泡塔反应器实验装置,针对星型、均匀和方形3种不同进气孔形态的气泡分布器开展了实验研究,分析了不同尺度气泡的尺寸分布规律。试验结果表明:该算法不仅能够有效地从图像中提取轮廓清晰完整的气泡,而且能够对图像粘连重叠的气泡进行准确分割,从而可精确地获得多尺度气泡尺寸分布。随着气体流量的增加,小气泡的数量急剧增加,同时产生更大的气泡;气泡的最大直径和Sauter平均直径均随气体流量的增加而增大,且两者的比值基本保持不变,即分布器形式对气泡尺寸分布均匀性有影响,方形分布器产生气泡最均匀,气含率相对其他两种分布器更高。实验结果证明了图像分割与轮廓重构方法在气液两相流中气泡参数在线测量的可行性。

基于光场成像的气液两相流中气泡三维测量方法

提出了一种基于光场成像的气液两相流中气泡三维测量方法,解决了传统成像仅能进行二维测量的问题.利用光场相机记录气液两相流场的光场信息,结合光场计算成像技术获取两相流场内气泡的全聚焦图像和重聚焦图像序列.通过对全聚焦图像进行二值化分割等图像处理,获得气泡深度方向上的投影,对重聚焦图像序列进行清晰度评价,获得气泡的深度信息.基于获取的气泡投影以及深度信息,实现气泡三维重建,进而统计气泡群尺寸分布、空间位置及含气率等参数.开展了系统标定和试验研究,试验结果表明,截面含气率在深度方向上与气泡深度分布一致,在垂直方向上呈周期性震荡变化;随着气流量从0. 5 L/min增加至1. 1 L/min,气泡数量从28呈正比增加至72,气泡平均直径在气流量达到0. 9 L/min前保持在1. 56 mm左右,在0. 9 L/min后迅速增大,体含气率近似线性增加,气泡深度分布区间逐渐增大.气泡三维重建结果与气泡的产生规律一致,初步验证了方法的可行性.

基于光场成像PTV的气泡尺寸与速度同步测量方法

为研究鼓泡浆态床内气泡的三维运动特性,提出了基于光场成像粒子跟踪测速(PTV)技术的气泡尺寸与速度同步测量方法.构建了光场PTV气泡测量系统,使用光场相机采集连续2帧光场图像,经过重聚焦计算、图像处理和清晰度评价,结合标定结果计算气泡的尺寸和三维坐标,使用PTV技术计算气泡的三维速度,实现气泡尺寸和三维速度的同步测量.开展了光场PTV系统评价和气泡尺寸、三维速度测量的实验.结果表明:直径测量的相对误差小于1.60%,重复性误差小于2.48%,深度位置测量的相对误差小于7.14%;当气流量从0.1 L/min增加到0.5 L/min时,气泡的平均当量直径从3.85 mm增至4.36 mm,气泡平均速度从0.34 m/s增至0.38 m/s.光场成像PTV技术可用于气泡尺寸和三维速度的同步测量.

二氧化碳甲烷自热重整计算分析与中试

运用Gibbs自由能最小化方法和耦合详细反应动力学的计算流体力学(CFD)方法对CO_2-CH_4自热重整进行了相关的计算分析。结合自主研发的反应器和催化剂,在山西省潞安集团煤制油低碳循环经济园区进行了原料气处理量10 000m^3/h、运行压力2MPa、新型镍基催化剂装填量约5t的中试实验,获得合成气中甲烷摩尔分数小于1%、n(H_2)/n(CO)=1.1、有效气摩尔分数为60.7%的合成气。其中,CO_2-CH_4自热重整反应器设计主要尺寸为:内径1.6m,燃烧高度3.0m,催化剂装填高度2.8m,反应器总体高度约13.8m。

基于波动光学的显微光场成像点扩散函数

光场Micro-PIV通过Lucy-Richardson(L-R)算法对光场图片进行反卷积重建,从而获得示踪粒子的三维坐标信息,准确的点扩散函数(PSF)是L-R算法完成重建的前提,而现有PSF模型不适用于光场Micro-PIV系统。为此,建立了基于波动光学的显微光场成像PSF模型,进行了数值仿真,获得了模拟PSF图像,并通过结构相似性算法计算了模拟PSF图像与实际PSF图像的相似度,进一步利用L-R算法结合PSF对单个粒子和不同浓度下示踪粒子的流场进行了三维重建。结果表明:模拟PSF图像与实际PSF图像相似度大于0. 94,表明PSF模型具有较高的准确性;单个粒子的三维坐标误差在一个像素以内,并可准确地获得不同浓度下示踪粒子的三维坐标信息,进一步验证了模型的准确性,为光场Micro-PIV实现瞬时三维速度场测量奠定了基础。

基于静电与电容集成传感器的密相气力输送煤粉流动参数在线测量研究

提出了一种静电与电容传感器集成测量系统,用于监测低压下密相气力输送煤粉颗粒的流动参数(速度、浓度和质量流量)。在该系统中,环状静电传感器用于颗粒速度测量,螺旋电容传感器用于颗粒浓度测量。在不同工况下,对煤粉颗粒的流动参数进行了测量,并系统研究了输送系统运行参数(角阀开度、流化风量、补充风量和给料罐压力)对煤粉颗粒速度、浓度和质量流量的影响。结果表明,该系统能够对密相气力输送煤粉颗粒流动参数进行可靠的在线测量。

基于激光后向散射法的湍动流化床颗粒流动参数测量

提出一种基于激光后向散射法的集成测量系统,用于湍动流化床上升管内颗粒速度和浓度的空间分布测量。在湍动流化床上升管上,使用双激光光纤探头获得各测点速度、浓度的光信号,经过信号转换和数据采集后最终在计算机上显示。实验结果表明:该系统能够准确测量湍动流化床颗粒流动参数;上升管内,颗粒分布呈中心稀而壁面浓的现象;随着流化风量的增加,床内颗粒速度增加,但浓度降低;上升管中心区域,颗粒速度随轴向高度的增加呈先增加后减小的趋势。

再分布板对环隙气升式反应器内多相流动的影响

为了考察环流反应器放大过程中再分布板对其内部多相流动的影响,采用欧拉双流体模刑模拟了再分布板小同高度的布置对环流反应器内气含率,循环液速,固体颗粒分布等参数的影响,并与部分冷模实验结果进行了比较,两者结果一致结果表明,再分布板高度的增加会使气升反应}州为气含率旱现先增后减的趋势,并导致导流管内的固含率上升。此外,小同高度的再分布板对环流反器内整体气含率及循环液速的影响小大结合CFD模拟和实验结果,优化了环流反应器内再分布板的设计,从而为实现强化环隙气升式环流反应器内多相流动、传递。

微气泡抑制垂直管中段塞流过程的实验研究

利用微气泡不易聚并的流体特性,提出了采用微气泡抑制段塞流的新方法.针对实验室规模的海洋石油工业集输立管系统内段塞流流动过程,利用电阻层析成像技术(ERT)、压力信号分析法和高速摄像法对垂直管段塞流特性和微气泡开展了实验研究,获得了段塞流典型流型以及微气泡流体特性.在微气泡流体特性研究的基础上,进一步探索了微气泡对段塞流的抑制作用,实验结果表明:尺寸范围在1~50μm之间的微气泡,在进气量设定为4 L/min时可在一定流速范围的液体中稳定存在;在气液比为1.18、1.36和1.82时,微气泡对弹状段塞流的发生频率有显著抑制作用,微气泡通过增大边界层的返混和扰动阻力,抑制了段塞的运动,从而降低了段塞的发生频率.

低碳复合能源系统——中国未来能源的解决方案和发展模式?

中国以煤为主的资源禀赋和能源消费结构,以及持续增长的能源需求和CO2减排压力,是中国能源发展所面临的重大挑战.本文提出了"低碳复合能源系统"的设想和解决方案,将煤等高含碳资源与核能和可再生能源等低碳资源进行耦合,通过其物质流、能源流和信息流的集成,提高系统能效和碳效并实现CO2减排与资源化利用,使其成为中国未来能源发展的战略解决方案.在此基础上,构建了核能-煤基低碳复合能源系统、风能/太阳能-煤(生物质)基低碳复合能源系统,并对其进行初步技术经济评估和详尽地诠释.

湿法脱硫喷淋塔空塔流场数值模拟

利用fluent软件对喷淋塔空塔的流场进行三维数值模拟。在计算中选择k -ε模型作为计算模型 ,用SIMPLE算法进行计算。计算结果表明喷淋塔形状对流场有很大的影响 ,此结果对现场运行以及喷淋塔的优化设计有一定的指导作用。

以二氧化碳规模化利用技术为核心的碳减排方案

碳资源是人类社会发展进入工业时代的基石。人类大量使用含碳资源产生的二氧化碳(CO_2)不应给人类社会带来威胁,更不应是碳资源利用的终结者,而是人类实现可持续发展必须善加利用的资源。文章在国内CO_2利用技术研发取得了可喜进展的基础上,提出了几种未来可能适合于中国的以CO_2规模化利用技术为核心的碳减排方案,包括化石能源耦合CO_2的转化利用技术、零碳能源耦合CO_2的转化利用技术以及温和条件下CO_2直接转化利用技术等。基于我国能源消费结构、短中期化石能源的主导地位以及可再生能源日新月异的发展,化石能源的易获取性和低成本使得其耦合CO_2的转化利用技术方案近年来飞速发展,并可能将在近期带来巨大碳减排潜力和经济效益;零碳能源发电技术的突飞猛进有利于核能/可再生能源发电耦合CO_2生产燃料化学品技术的发展,成为中期最具竞争力的CO_2大规模利用技术;远期来说太阳能驱动的CO_2温和转化可以实现真正意义上的生态碳循环,是远期最有前景的CO_2还原技术。