基于煤颗粒−结合水复合相的水煤浆导热系数预测模型

水煤浆气流床气化是目前大型先进煤气化技术之一,提升水煤浆气化效率有助于推动煤炭清洁高效利用。水煤浆预热技术被认为是提高煤气化能源利用效率的关键技术之一。目前,复杂液固悬浮液导热系数的变化规律和内在机理仍未被完全认识。导热系数是介质流动换热的重要基础参数,表征着其在稳态导热过程的导热能力。利用瞬态热线法测定不同温度下相同质量分数水煤浆的导热系数,实验结果表明:温度越高,导热系数越高。在室温下测定不同质量分数下水煤浆的导热系数,实验结果表明可以分为2个阶段:质量分数从51%增大到58%时为下降区,导热系数快速下降,由0.401 W/(m·K)降至0.358 W/(m·K);而质量分数继续增加,从58%到67%时为恒定区,导热系数基本保持在0.358 W/(m·K)。基于实验结果,综合考虑平行模型、麦克斯韦模型、广义自洽模型等复合材料模型,提出煤颗粒−结合水复合的水煤浆导热系数平行预测模型。水煤浆中的水分包含自由水和结合水,结合水会和煤颗粒形成煤颗粒−结合水复合相,将水煤浆视为复合相和自由水相组成的两相复合材料。在下降区,随着煤颗粒质量分数的增加,自由水相减少,复合相不变,水煤浆导热系数快速降低;在恒定区,随着煤颗粒质量分数的进一步增加,复合相中的结合水量减少,但复合相的导热系数基本维持稳定。

基于密度泛函理论的HCN与H_(2)/H_(2)O气相反应机理研究

含HCN的废弃物在气化炉内的高温转化是其绿色处理的方法之一,其中,HCN与H_(2)/H_(2)O的反应是其在气化炉内的主要转化过程。本工作基于密度泛函理论,采用Gaussian及其配套软件对HCN与H_(2)/H_(2)O的反应机理进行了研究。通过分子成键、断键角度提出HCN与H_(2)/H_(2)O的各两种反应路径,结合能垒和热力学分析确定了相对最优路径,并计算了相对最优反应路径的速率常数。结果表明,HCN与H_(2)反应相对最优路径为:三个H_(2)分子在C=N上分三步进行加成得到产物CH4+NH_(3);HCN与H_(2)O反应相对最优路径为:H_(2)O分子进攻C原子,O原子和C原子的H先后转移至N原子得到产物CO+NH_(3)。两条相对最优路径在1473 K以上有明显反应速率,分别为9.57×10^(-4)和1.71 mol/(L·s)。研究结果为高温下HCN与H_(2)/H_(2)O反应的工艺和设备开发提供了理论数据支撑。

基于混合模型的气流床气化炉建模

为了提高在煤质改变及工艺参数波动条件下气流床气化炉出口结果的预测精度,分别采用机理模型、广义回归神经网络(GRNN)模型以及混合模型对气化炉进行建模,其中混合模型由GRNN模型和机理模型构建,结合两种不同的煤样对三种模型的预测结果进行分析。结果表明:三种模型均可以较好地对气化过程进行模拟;其中在煤种固定的情况下混合模型关于气化温度和CO、CO_(2)及H_(2)含量的预测误差为0.18%和0.25%、1.72%及0.43%,与机理模型和GRNN模型相比误差更小;在煤种改变的情况下混合模型关于出口气体结果的预测最接近实际生产数据,误差为0.81%和0.11%、2.53%及0.42%。证明混合模型在煤种改变及工艺参数波动条件下可以有效地对气化过程进行模拟,在很大程度上提高了机理模型和GRNN模型的预测精度。

个体是道德坐标的原点——谈社会主义初级阶段的道德建设

现代化既含物质的,又包精神的,道德属精神的范畴,精神现代化包含着道德现代化,所以,我们目前也面临着道德现代化的问题。在现阶段,道德现代化的具体化,就是社会主义初级阶段的道德建设。

儒家伦理思想的内外断裂性

迄今对儒家仁爱思想的研究,仍沉浸在偏爱的情感之中,而没有经过深刻的理性机制的过滤。儒家强调人就是仁,仁的依据在人性;仁在动态的层面展示为爱,但其本质是“事亲”“亲亲”,故爱的主要精神是偏而缺乏公平;社会治理的实践以个人修身为基础。但仁的血缘性原则很难使爱的情感波及于外在的他者,这种偏爱导致内在与外在互相断裂的局面,这是儒家伦理思想的本质所在,也是儒家伦理在保护社会利益方面的隐性缺憾。

辐射废锅内辐射屏水冷管热变形数值模拟研究

煤气化技术是煤炭清洁高效利用的有效途径,其中带辐射废锅的气流床气化工艺能够有效回收高温合成气显热,提高能源利用率。辐射废锅内部增设辐射屏水冷管,可在保持辐射废锅水冷壁整体结构紧凑的同时提高传热面积。为研究气化炉操作条件下辐射废锅内辐射屏水冷管的热变形,利用流体−结构耦合原理建立三维辐射屏模型进行模拟分析。模拟结果表明:在正常操作工况下,水冷管整体在距顶部5.30 m处温度达到最大值。在周向方向上,最靠近炉膛中心的1号水冷管表面温度成抛物线形分布,向火侧中间位置温度最高,向火侧和背侧最大温差达到60 K;在相邻水冷管的冷却作用下,2~5号水冷管表面温度成双峰状分布。水冷管的空间布置直接影响水冷管表面的温度分布。未加固定的辐射屏水冷管中最靠近炉膛中心的1号水冷管局部变形量最大为5.20 cm,π方向的最大偏移量为4.58 cm,超过相邻水冷管的间距,水冷管之间易发生碰撞。水冷管间增加固定后,水冷管发生整体变形,最大热变形量为3.28 cm,较未加固定的减小36.9%,π方向的相对偏移基本消失,水冷管之间的局部变形远小于管间距。增加固定可有效避免水冷管之间的碰撞。进口合成气温度和表面沉积的变化不同程度影响水冷管表面温度梯度和变形量,偏移方向均为水冷管的π/2侧。

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。

基于数据驱动的气化炉出口温度在线测量

为实时监控气流床气化炉的气化温度和运行状态,收集气化炉激冷系统和反应系统等系统的可测量数据,采用理论计算模型和遗传算法改进的BP(GABP)神经网络模型对气化炉出口温度进行预测,并与工业测量数据进行对比分析。结果表明,由激冷系统理论计算模型可以得到气化炉出口温度,但因测量参数敏感度低,导致温度预测精度和稳定性较差。采用GABP神经网络模型总体上可以提高预测温度的精度和稳定性,但反应系统中由于煤量波动和煤质数据缺乏等原因,导致部分区间预测误差较大;采用激冷系统参数可大幅提高绝大部分区间内温度的预测精度,预测误差保持在15 K以下,可满足不同工况下的气化炉温度实时在线监测需要。

协同处理废液的多喷嘴粉煤气化炉内反应流动研究

利用气化技术处理有机废液是废弃物资源化利用的新途径。以工业多喷嘴对置式粉煤气化炉为研究对象,采用数值模拟的方法研究了协同处理废液的气化炉内反应和流动过程。研究结果表明,废液的输入降低了出口合成气中CO的含量,增加了H_(2)、H_(2)O和CO_(2)的含量;废液输入使出口合成气温度降低,碳转化率降低,有效气收率增加。废液流阻挡了炉内上升折射流对顶部的冲击,降低了顶部空间的温度。气化炉顶部壁面的灰渣沉积速率随着废液增加呈现先增大后减小的趋势,其他部位壁面受影响较小。协同处理废液能够增加气化炉的有效气产量,延长顶部开工烧嘴的使用寿命,是良好的废弃物资源化利用途径。综合考虑,建议的废液输入量为12~14 t·h^(-1)。

污泥对高灰熔融温度煤灰熔融特性调控机制

我国高灰熔融温度煤储量巨大,灰中硅铝含量高,而部分污泥中碱性氧化物含量高,将其与高灰熔融温度煤共气化为高灰熔融温度煤灰熔融特性的调控提供了可能。研究了城市污泥(CS)和制药污泥(ZY)对高灰熔融温度焦作煤(JZ)灰熔融特性的影响。结果表明:向JZ灰中添加CS灰和ZY灰均可降低其灰熔融温度,添加ZY灰对JZ灰熔融温度降低效果更明显;CS灰和ZY灰的添加比例分别为15%和10%时,2种混合灰的流动温度降至1380℃以下,满足气流床气化液态排渣要求。CS灰CaO含量高,ZY灰Fe_(2)O_(3)含量高,随污泥灰添加,CS灰中CaO与Al_(2)O_(3)和SiO_(2)反应生成的钙长石增多,其与石英发生共熔导致液相含量增加降低了灰熔融温度;弱还原气氛下JZ-ZY灰中Fe 3+被还原为Fe 2+,并使生成的铁尖晶石等铁系矿物质增多,低熔点铁尖晶石在低温下熔融及铁系矿物质与其他物质发生的低温共熔降低了JZ灰熔融温度。污泥灰添加比例相同时,与JZ-CS灰相比,JZ-ZY灰中理论固相含量更低;晶相衍射峰强度和数量更低;1500℃时,ZY灰占比25%的混合灰达到全液相状态,而CS灰占比25%的混合灰中仍有部分莫来石。摩尔离子势α与2种混合灰的特征温度均呈线性正相关。JZ-ZY灰的α降幅更大,因此JZ-ZY灰熔融温度降低更明显。

气冷三通道烧嘴端面温度及热应力研究

为简化烧嘴,优化气化炉烧嘴的冷却方式,文中提出无冷却水系统的烧嘴,其用工艺介质蒸汽作为天然气非催化部分氧化气冷三通道烧嘴的气膜冷却介质。采用数值模拟的方法分析传统水冷双通道烧嘴和气冷三通道烧嘴的炉膛温度、烧嘴端面温度和热应力的情况。结果表明:采用水冷双通道烧嘴的炉膛最高温度为1924 K,相比气冷三通道烧嘴的炉膛要高出300 K;水冷双通道烧嘴端面最高温度为543 K,采用气冷三通道烧嘴,提高蒸汽流速能够显著降低端面最高温度,蒸汽流速为80 m/s时端面最高温度为535 K;气冷三通道烧嘴端面的热应力在材料的允许范围内,当蒸汽流速为80 m/s时最大热应力与水冷双通道烧嘴相当。气冷三通道烧嘴能满足天然气非催化部分氧化工艺需求。

不同稀释剂条件下甲烷非催化部分氧化数值模拟

以工业装置中O_(2)与CH4体积比为0.69的操作条件为基础,使用ANSYS Fluent16.1进行数值模拟,采用基于雷诺平均方程(RANS)的Realizable k-ε湍流模型,以及涡耗散概念(EDC)模型耦合GRI3.0详细化学反应机理来模拟转化炉内湍流燃烧与化学反应过程。考察了3种稀释剂(N_(2)、H_(2)O、CO_(2))对转化炉内温度、自由基(·OH、·CH_(2)O)分布以及炉膛火焰反应区分布的影响。结果表明:N_(2)和H_(2)O稀释对转化炉内温度、自由基及反应区分布的影响差别很小,CO_(2)稀释的影响最显著。在CO_(2)稀释下,炉膛内的最高火焰温度降低了约50 K;·OH和·CH_(2)O自由基峰值分别降低了约33.0%和24.5%。此外,CO_(2)稀释的3种不同效应对转化炉内温度和自由基分布的影响大小依次为:稀释效应>热效应>化学效应。

气化细灰颗粒在混合器内的沉积特性

混合器是煤气化合成气分级初步净化工艺中的关键设备之一,合成气中细灰颗粒在其内的沉积行为显著影响气化系统的长周期稳定运行。采用颗粒沉积临界速度模型对气化细灰颗粒在混合器中的沉积特性进行了数值模拟,研究了不同颗粒粒径、气体流速及混合器结构对颗粒沉积特性的影响规律。结果表明,在相同入口气速下,气化细灰在混合器内壁面的沉积率随颗粒粒径的增大总体呈下降趋势,粒径5~13μm的颗粒更是如此;粒径1μm的颗粒在Wall4壁面的单位面积沉积量最大;相同粒径颗粒的沉积率随入口气速的变化而不同,但总体上随入口气速的增大而减小;水管出口端面到渐缩套管口端面距离(H)的改变对颗粒在混合器内的沉积率无明显影响;混合器C是一种可有效避免缩口面附近发生堵塞的结构。

双碳目标下新型煤制气在氧化铝行业应用分析

氧化铝生产为典型的高能耗、高碳排放行业。在双碳目标下,为了实现行业可持续低碳发展,选用低碳焙烧燃料、提升综合效率成为了行业发展的迫切需求。本文在氧化铝行业提到采用低压气流床技术以清洁原料兰炭制气为主的创新思路,将可实现节能减排的目标。该技术的特点有碳转化率高(可达98%以上),燃气热值可达2600 kcal/Nm^(3),无三废环保问题以及副产高品质蒸汽。该技术在氧化铝行业应用是一种低能耗,环境友好的工业燃气技术。

气流床气化炉内颗粒停留时间分布

The particle residence time distributions in the entrained-flow gasifier as the important parameters in the gasification process were studied by using a new stimulus response method.The differences of the particle residence time distributions in the opposed multi-burner entrained-flow(OMBEF) and Texaco gasifier were compared.The influence of gas velocity and particle diameter on particle residence time distributions was discussed.The experimental results showed that the new stimulus response method was reliable and could be used to measure the particle residence time distributions in the entrained-flow gasifier and the particle residence time in the OMBEF gasifier was more favorable than in the Texaco gasifier.The results also showed that with increasing gas velocity and decreasing particle diameter,the mean and variance of particle residence time increased in both kinds of entrained-flow gasifier.

不对称撞击流的实验研究与数值模拟

采用恒温式热线风速仪(CTA)测量不对称撞击流流场.用CFD软件对流场进行数值模拟,得到了和实验相吻合的结果.结果表明,不对称撞击流轴线上轴向速度除撞击面附近外,基本符合圆射流衰减规律.当喷嘴间距一定时,轴线撞击面驻点偏移量随气速比和喷嘴直径的增大而增大.当气速比一定时,轴线撞击面驻点偏移量随喷嘴间距增大而增大.

高温热处理对石油焦结构及气化活性的影响

采用固定床反应器,在常压下对石油焦进行高温（1173~1773 K）热处理。利用元素分析、XRD、BET和孔隙结构、SEM等测试手段考察了热处理温度对石油焦的元素组成、石墨化程度、孔隙结构及表观结构的影响,在Thermax500加压热天平上考察了不同温度热处理后的石油焦样品在常压下1273 K时的气化反应活性。结果表明,热处理温度升高,石油焦中碳/氢质量比增加,石墨化程度更加严重,微晶结构更趋于有序性,导致其气化反应活性降低。

多喷嘴对置式气化炉内颗粒停留时间分布数学模拟研究

气流床气化炉中,颗粒停留时间分布是反映物料混合的重要特性,研究其规律对于改进炉内流场结构,优化运行参数和气化炉的宏观建模都具有重要的意义。通过建立三维CFD模型,研究了进口气速、颗粒粒径和密度等因素对颗粒停留时间分布规律的影响。模拟结果显示出与实验结果相同的规律。结果表明,在研究范围内,颗粒平均停留时间随着气速的增加,呈现出先增大后减小的趋势,在一定气速下达到峰值,这是颗粒和气体停留时间分布规律的重要区别。达到这一峰值所需的气速,只受到颗粒粒径的影响,而不受密度的影响。进口气速一定时,颗粒密度和粒径的增加,均导致颗粒平均停留时间减小。此外,随着颗粒密度、粒径以及进口气速的增加,颗粒最短停留时间始终减小。

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。

GSP气化炉内多相湍流反应流动模拟研究

采用涡耗散概念(EDC)模型,对某化工厂的GSP气化炉内多相反应流场进行了数值模拟研究。计算中采用Realizable k-ε湍流模型对雷诺平均后的N-S方程进行封闭;采用离散相随机轨道模型来模拟气化炉内煤颗粒的弥散运动;采用P1模型对燃烧的辐射传热进行模拟。计算结果表明:气化炉内为强旋射流流场,颗粒在气化炉顶部回流区、壁面和中下部回流区富集;炉内存在扩展火焰,且火焰末端与壁面接触;沿气化炉从上到下,温度先升高后降低;炉内CO和H2体积分数先减小后增大,而CO2和H2O的体积分数先增大后减小。