不同气体组分条件下煤灰颗粒熔融特性研究

为掌握气体组分对灰熔融特性的影响规律,探究矿物转变对灰熔融特性的影响,利用高温热台显微镜,对神府煤灰、神华煤灰和神木煤灰在高温CO_(2),N_(2)和空气条件下,以10℃/min,50℃/min和100℃/min升温速率的熔融过程收缩性进行了原位可视化研究。利用热力学计算等方法研究了不同气体组分条件下实验煤灰熔融过程的矿物质变化。结果表明:升温速率对煤灰熔融过程面积收缩的影响大于气体组分对煤灰熔融过程面积收缩的影响,煤灰收缩性随着升温速率降低而增强;升温速率相同,神府煤灰、神华煤灰和神木煤灰在CO_(2)条件下的收缩性均强于空气和N_(2)条件下的收缩性,神府煤灰对CO_(2)敏感性最强,收缩率为21.70%,而在N2和空气条件下的收缩率分别为17.12%和16.58%;相同气体组分下,神木煤灰在10℃/min升温速率下收缩率最大,可至32.36%。高温下神木煤灰的收缩主要受钠长石影响,神木煤灰的收缩性强于神府煤灰和神华煤灰的收缩性,原因在于高温下钠长石的收缩性强于钙长石和斜辉石的收缩性。

两喷嘴撞击气化火焰结构特性研究

撞击火焰是多喷嘴对置式气流床气化炉的主要特征。文中利用高速摄像仪和计算机图像处理技术,对两喷嘴撞击气化火焰的结构特性进行了研究,通过计算图像灰度相关系数定量描述了两喷嘴撞击气化火焰的结构特征。研究结果表明:在撞击前单股火焰仍能较好地保持其几何结构,但在撞击区内单股火焰的几何结构迅速消失。随着撞击速度的增大,火焰整体分布更为均匀,互相关系数标准差降低;单股火焰的湍流拟序结构分区变得不明显,互相关系数小幅波动的区域增多;撞击区内火焰分布不均匀,互相关系数降低。

基于小波变换的气化燃烧状态诊断试验研究

提出了一种通过压力信号分析气流床气化炉火焰气化燃烧状态的有效方法,该方法运用尺度分解法分析炉膛压力时域信号。研究结果发现:在点火前冷态,没有特征频率存在;在点火和灭火状态下,压力信号有一阶跃变化,信号在0 Hz处有一较大的冲击;火焰剧烈波动时,存在2 Hz左右的特征频率;火焰稳定燃烧时,存在着一个40 Hz左右的特征频率。这个现象表明,压力信号在一定频段内的分布与气化炉内火焰燃烧的状态密切相关,随着火焰燃烧稳定性加强,压力信号向高频方向移动。

撞击气化火焰边缘的分形特性

气化炉是IGCC发电系统的关键设备,在试验中采用火焰摄像系统拍摄了多喷嘴对置气化炉内撞击气化火焰图像,用像素点覆盖法计算了撞击气化火焰边缘的分形维数,提供了一种有效判断撞击气化火焰燃烧状态的方法。试验结果表明,撞击气化火焰边缘曲线具有分形特征。撞击火焰的边缘分形维数在点火阶段逐渐降低;从两喷嘴撞击向四喷嘴撞击过渡时火焰边缘曲线分形维数逐渐增大;随着操作负荷的增大,分形维数增大,但两喷嘴和四喷嘴撞击火焰之间的分形维数相差逐渐减小。

应用炉膛压力诊断气流床气化炉的火焰状态

气化炉是煤气化技术中的关键设备 .气化炉内火焰燃烧稳定性下降 ,会出现燃烧噪音增加、气化燃烧效率降低及熄火等现象 ,对安全性和经济性产生严重的影响 .对气流床气化炉内不同气化燃烧状态下的火焰压力信号进行了小波分析 .结果表明 ,压力信号在一定频段内的分布与气化炉内火焰燃烧的状态密切相关 ,发现随着火焰燃烧稳定性加强 ,气化炉内压力信号向高频方向移动 ,以此可以建立气流床气化炉燃烧诊断模型 .

锅炉原理课程网站的开发与应用

介绍了锅炉原理课程网站开发的主要原则及功能模块,本课程网站具有交互性和可维护性,能较好展示教学团队拥有的特色教学资源和教学成果,实现课堂教学和课程网站的优势互补,既能培养学生自主学习能力,提高教学效果,也能满足希望通过网络获取相关知识的业余学习者的需求。

气流床煤气化的技术现状和发展趋势

气流床煤气化是煤高效洁净利用的关键技术。综述了具有代表性的气流床煤气化技术的应用现状,探讨了影响水煤浆气化的主要因素,如烧嘴、耐火砖、激冷环等,分析了干煤粉气化的技术优势和存在的问题,并阐述了发展趋势。水煤浆气化已积累丰富经验,而干煤粉气化的实践较少,应用于化工领域还有待工程检验。基于国内煤气化技术的研究开发现状和工业运行情况的分析,提出了发展我国煤气化技术的战略。

CaCO_3对煤灰熔融特性和黏温特性影响的研究

为研究CaCO3在高温条件下对高灰熔点煤灰的熔融特性和黏温特性的影响,试验选取已应用于气流床气化装置的煤样A、B和C为原料,分别利用灰熔点仪和高温黏度计对添加CaCO3的煤灰样品进行熔融特性和黏温特性测量,并采用热力学计算软件FactSage 6.1中的Phase Diagram和Equilib模块进行热力学平衡计算。结果表明,Al2O3和SiO2含量较高的煤灰样品在熔融的过程中产生大量的莫来石,导致其灰熔点较高。CaCO3的添加可以有效抑制莫来石的生成,改变高温下煤灰中主固相物质的类型,降低固相物质的百分含量,降低煤灰的全液相温度,从而达到降低煤灰熔融性温度和黏度以及改变渣型的效果。数值计算的结果与试验结果基本一致,表明化学热力学反应平衡分析方法是研究灰渣熔融特性和黏温特性一种有效手段。

生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性

使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明:3种生物质掺混比例为10%～30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。

气流床气化炉水冷壁结渣特性的实验研究

搭建了小型气流床水冷壁气化炉实验平台,进行水冷壁结渣实验,验证了“以渣抗渣”的思想,为气化炉水冷壁衬里的工业应用提供理论依据.研究了炉内火焰温度、壁温、循环水量等因素对渣的分布及形态的影响,以及渣层对水冷壁的保护作用.结果表明,熔渣对炉壁保护作用明显;循环水影响着水冷壁的正常运行;炉内温度及壁温是影响渣形态和渣分布的主要因素.

气化炉辐射废锅内多相流场和温度场的数值模拟

通过直接数值模拟的方法对实际气流床煤气化辐射废锅内三维多相流流场和温度场进行了模拟。连续相流场采用Realizablek-ε湍流模型求解,而颗粒相采用基于随机过程的随机轨道模型,并采用双向耦合算法计算两相间的相互作用。温度场计算肘基于灰气体加权和模型与离散坐标法相结合的方法求解热辐射方程,同时考虑了煤渣颗粒的热辐射和散射影响,利用Ranz-Marshall关系式计算气固相间对流换热作用。结果表明:辐射废锅顶部存在一火炬状入口射流,其长度随中心流道的缩小而缩短;辐射废锅顶部、底部以及入口射流周围各自存在不同形状回流区;整体温度随鳍片水冷壁面积的增加而降低,但鳍片宽度过大可能造成水冷壁灰渣沉积堵塞;不同水冷壁布置方式的计算结果与实际测量值基本吻合。

完全熔融状态下SiO_2-Al_2O_3-CaO体系的黏度分析与预测

基于网状结构模型概念，简要分析了SiO2-Al2O3-CaO体系各组分在网状结构中的作用。网状结构模型理论认为Al2O3为两性物，Al^3＋易形成四配位，部分电荷由具有较低场强的碱金属或碱土金属离子补偿。为考察SiO2-Al2O3-CaO体系随n（CaO）／[n（CaO）＋n（Al2O3）]比值变化的黏度特性，研究了n（CaO）／[n（CaO）＋n（Al2O3）]比值在0．4-0．6附近的黏温曲线变化规律。结果表明，硅熔体黏度随n（CaO）／[n（CaO）＋n（Al2O3）]比值的增大呈现先缓慢升高后降低的趋势，但当n（CaO）/[n（CaO）＋n（Al2O3）]比值为0．5时，其黏度并非为最大值。基于流体流动特性，提出了SiO2-Al2O3-CaO体系在完全熔融状态下的黏度预测模型，并同传统的Urbain模型进行比较。结果表明，本模型预测效果好于Urbain模型，预测值同实验值更为接近。

碳税与碳排放权交易对中国各行业的影响

碳税和碳排放权交易是目前各国主要采用的温室气体减排的政策和机制,但是无论是碳税的征收还是碳排放权交易机制的实行,对经济发展速度和结构平衡都会产生很大影响。因此制定CO2减排政策和指标时,切实考虑国情是十分必要的。本文应用可计算一般均衡模型(CGE)和Cheng F.Lee提出的计算模型研究碳税与碳排放权交易机制对中国各行业的综合影响。结果表明,合理的碳交易机制可以在一定程度上缓解间接碳税对中国能源行业的影响,并且溯往原则作为碳排放权配额分配方式更符合中国的经济现状。

撞击流气化炉内气固两相流动与颗粒附壁沉积数值模拟

对多喷嘴对置式气化炉内复杂的气固两相流动与颗粒附壁沉积进行3D数值模拟。采用Realizable k-ε湍流模型计算炉内气相湍流流场,应用Euler-Lagrange模型模拟气固两相流动,颗粒轨迹跟踪采用随机轨道模型。根据液态排渣气化炉本身特点,描述炉壁熔渣流的形成过程,建立适用于液态排渣气化炉的颗粒附壁沉积模型,模拟结果与实验值吻合较好。模拟结果表明,数值模拟再现了撞击流气化炉内分区流动的情况;射流撞击使颗粒在气化炉内分布较为均匀,撞击中心和撞击流股区域浓度略高;颗粒在炉壁沉积基本覆盖整个气化炉,不存在局部积渣;当气化炉操作压力达到4.0MPa时,渣口气流夹带颗粒量有所提高,气流流速的增大而提高,颗粒停留时间缩短,影响碳转化率。

Shell粉煤气化炉渣池内熔渣流动特性

搭建Shell气化炉及其下部渣池的冷模装置,采用糖浆模拟熔渣,研究熔渣离开渣口后,在渣池上部空间的流动特征。研究发现:模拟熔渣离开渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝。当装置负荷大于75%时,部分模拟熔渣会在旋转气流作用下开始沉积到渣裙壁面。模拟熔渣在渣裙壁面上的沉积率随操作负荷的增加先增加后减小,在100%负荷时达到最大值;沉积率随模拟熔渣黏度的降低而升高。实验结果表明,部分熔渣在渣裙壁面的沉积是必然的。这部分沉积的熔渣在渣裙壁面会发生凝固累积,当渣裙壁面熔渣累积比较厚时,易脱落进入渣池,形成大渣块,堵塞渣池出渣口。

煤及其模型化合物快速热解过程中HCN和NH_3逸出规律的研究

利用高频热解装置对褐煤、烟煤和无烟煤三种不同煤阶的煤及模型化合物吡咯、吡啶进行了热解实验,分别考察了煤热解终温为1200℃,平均升温速率为2.7,8.0,11.9,17.1,22.9℃·s-1和不同热解终温(600～1200℃)下煤及吡咯、吡啶快速热解过程中HCN和NH3的生成规律,并且对煤热解过程中HCN和NH3逸出的影响因素进行了分析。结果表明:褐煤、烟煤的HCN转化率随升温速率增加而降低,无烟煤的HCN转化率随升温速率增加先增加后基本保持不变;褐煤、烟煤的NH3转化率随升温速率增加而增加,无烟煤的NH3转化率随升温速率增加降低。褐煤和烟煤的HCN转化率随温度升高而降低,无烟煤的HCN转化率随温度升高而增加;褐煤、烟煤、无烟煤的NH3转化率随温度升高均先增加后降低;在不同升温速率热解条件下总氮的转化率:褐煤>烟煤>无烟煤,在不同温度下快速热解时总氮的转化率:烟煤>褐煤>无烟煤。模型化合物吡咯快速热解时,NH3为主要的含氮产物,吡啶快速热解时,HCN为主要的含氮产物。

新型水煤浆气化炉内洗涤冷却管的温度分布

对新型水煤浆气化炉洗涤冷却室进行了热模实验研究,并用F luent商业软件对其中的洗涤冷却管内温度分布进行了三维数值模拟,模拟值与热模实验值吻合较好。对实验和模拟结果的分析得到,高温气体经过洗涤冷却环时就开始显著降温,在洗涤冷却环与洗涤冷却管的交接处,即冷却水的出口部位,热质传递最为激烈,导致温度急剧下降。在距洗涤冷却环下方约0.15 m处,气体温度已降至热质传递的平衡值附近。本文研究内容为新型洗涤冷却室工业放大提供了设计依据。

水煤浆气化炉内飞灰的形成机理

基于实验室规模的多喷嘴对置式水煤浆气化炉,利用SEM、马尔文激光粒度仪和XRD表征气化炉内飞灰的粒径分布和组成,并分析了气化炉内飞灰的形成机理。结果表明,喷嘴平面处飞灰与气化炉出口处飞灰的粒径分布及化学组成存在显著差异,不同气化阶段飞灰的形成机理也不同。气化燃烧阶段飞灰的形成机理为部分固定碳燃烧和外在矿物转化,而在焦炭气化反应阶段,飞灰的形成机理为焦炭破碎和内在矿物释放及转化。

气化条件下煤灰高温物相变化及其对黏度的影响

为掌握高温条件下不同温度段的煤灰熔融过程的物相变化规律,试验选取具有代表性的低灰熔点清水营煤和高灰熔点青龙矿煤为原料,采用FactSage6.1计算软件中的Equilib模型进行数值计算,利用高温黏度计对2种煤灰进行黏度测试。结果表明,Al2O3和SiO2含量较高的青龙矿煤灰在熔融的过程中产生大量的莫来石,这决定了青龙矿煤灰的高灰熔点。清水营煤的低灰熔点主要是由于钙长石和石英的低温共融主导熔融过程,赤铁矿在高温熔渣中下起到助熔的作用。钙长石和赤铁矿助熔矿物能降低灰渣的黏度,莫来石的存在则会增加灰渣黏度。数值计算的结果与试验结果基本一致,表明化学热力学反应平衡分析方法是研究灰渣熔融特性一种有效手段。

水冷壁气化炉紧急停车渣层热应力分析

基于实验室小型水冷壁气流床气化炉,研究了两种油渣浆气化后在炉内壁形成渣层的内部结构及组成。建立了气化炉水冷壁的三维传热和应力模型,对气化炉紧急停车时炉壁的热应力变化及其分布进行了模拟计算。计算结果表明:渣层中越靠近渣层表面,热应力的变化越大;靠近水冷管和渣钉处的渣层热应力变化相对较小;渣层表面温度变化相同时,孔隙率大的渣层产生的形变较大。