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。

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。

不同填充介质对储能换热器传热强化影响的数值模拟

本文以含熔融盐颗粒储能胶囊的换热器为对象,采用数值模拟方法探究了填充介质在换热器内部的强化换热传热过程,分析了其物性对传热过程的影响。研究结果表明,石蜡等介质的填充显著提升了胶囊的传热速率。本研究为储能换热器优化提供了范例。

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。

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。

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。

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。

洗涤冷却管出口处的射流深度和界面波动特性

采用压差传感器和高清摄像仪对洗涤冷却管出口处射流深度和洗涤冷却室内气液界面波动特性进行了冷模实验研究,研究发现,随着表观气速的增大,射流深度呈指数式增大,由此提出了主流射流深度与洗涤冷却管出口处动量通量的经验式,其最大射流深度可达2.51 cm,同时采用VOF模型和RNGκ-ε湍流模型对其进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合良好。研究结果还表明,洗涤冷却管出口处液面波动对床层内气液两相环流脉动的影响较为显著。

同轴双通道气流式雾化喷嘴初次雾化过程

对同轴双通道气流式雾化喷嘴的初次雾化过程进行了实验研究,发现在初次雾化过程中,初始微小扰动经过一段距离(即未扰动长度)后,在液体射流表面发展成为可以观察到的不稳定波.当气速Ug超过一临界值(大约25m·s-1)时,在不稳定波的波峰附近,形成小的突起,这些突起迅速被拉成细长液丝,液丝进一步破裂成液滴,最终导致液体的初次雾化.同时得到不稳定波长λm与环隙通道出口气速Ug、中心通道出口水速UL的关系为λm=68·60Ug-0·79UL-0·24;未扰动长度Lu与气速Ug、水速UL的关系为Lu=783·8Ug-1·54UL-0·16.

煤灰和熔渣的熔融特性和黏温特性比较

利用灰熔点测定仪和高温旋转黏度计,研究了鲍店煤和混配煤的两种煤灰和经气化炉高温熔融后熔渣的熔融特性和黏温特性。在高温条件下,煤灰和熔渣的黏度变化规律相似;根据煤灰和熔渣的组成及其在Al2O3-SiO2-CaO-FeO四元相图中的位置和在临界黏度附近矿物质的变化规律,分析了煤灰和熔渣熔融特性和黏温特性差异的原因,分析结果与实验结果吻合良好。

单喷嘴水煤浆气化炉高径比对反应流动的影响

建立了综合数学模型对某化工厂单喷嘴水煤浆气化炉内多相湍流反应流动过程进行数值模拟,分析了气化炉直段高径比对气化炉内反应流动的影响。由结果可知:现有气化炉高径比较短,炉内存在射流区和回流区,回流区一直延伸到气化炉底部;当直段高径比大于2.3时,出现平推流区;除射流火焰区外,从上到下炉内温度及CO_2和H_2O体积分数先升高后降低,而CO和H_2体积分数先降低后升高。直段高径比增大,平推流区体积分率增大,出气化炉有效气含量、碳转化率和有效气产率都增大,单位有效气氧耗减小;当直段高径比大于4.3时,以上气化炉性能数据趋于稳定值。高径比增大,有利于提高飞灰颗粒停留时间和壁面熔渣反应时间,提高气化炉效率。

Shell煤气化装置模拟计算和操作优化软件的开发与应用

Shell煤气化装置模拟计算及操作优化软件具有5项功能,即建立煤质数据库与获取煤质数据、气化炉模拟计算、气化炉优化计算、气化装置模拟计算、开车表计算。本研究中,气化炉采用化学能量平衡模型,水冷壁的传热量计算采用经验模型进行模拟。结果表明,软件模拟结果与中石化安庆分公司Shell煤气化装置运行数据吻合较好,模拟结果可靠,能用于Shell煤气化装置在线和离线模拟和优化计算、开车表计算等,对于Shell煤气化装置实现安全、稳定、长周期、优化运行具有科学指导作用。

液体射流在同向气流中的破裂

液体射流的破裂是雾化的一个重要组成部分,为深入理解该破裂过程,文中使用数码相机对液体射流在同向气流作用下的破裂过程进行了实验研究。通过观察和分析发现,随着Weber数的增大,破裂过程可依次划分成3种模式:轴对称、非轴对称和细丝模式,其中非对称模式下还包含一个特殊的袋状或者膜状破裂子模式,并分别给出了各个模式下破裂长度和未扰动长度对与Weber数、Reynolds数的关联式。

新型两段式气化炉的数值分析

对一种新型两段式水煤浆气化炉的气化效率进行了数值计算和分析。模型中将水煤浆的气化过程分为水分蒸发、煤热解、气相反应和气固异相反应等子模型。气相反应速率需同时考虑湍流混合和化学反应机理,气固反应的速率采用未反应缩芯模型。运用可实现k-ε模型描述气相湍流流动,随机轨道模型追踪水煤浆颗粒的运动。以中试多喷嘴水煤浆气化炉为建模基础,验证了该水煤浆气化模型的准确性。模拟计算得出新型两段炉的有效气组分含量为85.91%,冷煤气效率为76.42%。

水煤浆气化炉异常工况动态模拟研究

水煤浆气化炉在操作参数大幅变化的异常工况下运行时,气化炉温度大幅波动,合成气中可能含有氧气,不利于工厂安全稳定运行。基于气化炉流场分布,在Unisim Hysys软件中建立了水煤浆气化炉的反应器网络模型,以此为基础开发了气化炉的动态模型,研究了煤浆流量和煤浆浓度大幅降低两种异常工况下,气化炉出口合成气温度和组成的动态响应过程。研究结果表明:当煤浆流量降低30%(wt)以上时,气化炉温度超过2000℃,同时合成气中氧气含量不断升高;当煤浆浓度降低到35%(wt)时,合成气中氧气含量达到0.2%(v)左右。实际生产过程中应尽量避免煤浆流量和煤浆浓度的大幅变化。

辐射激冷流程气化辐射废锅鳍片结构模拟研究

采用数值模拟方法研究了辐射激冷流程中不同鳍片结构对辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)内传热传质的影响.基于Euler坐标系,采用Realizable k-ε湍流模型计算辐射废锅内气相流场.在Lagrange坐标系中采用随机轨道模型计算颗粒粒径分布及其运动轨迹,并通过双向耦合法求解气相与颗粒相间的能量传递.采用P-1模型计算辐射传热,合成气辐射特性参数通过WSGGM模型(weight-sum-of-gray-gas model)加权求解.通过对比模拟结果与工业测量结果,得到最大相对误差为3.7%,验证了计算模型的可靠性.对比辐射废锅内不同鳍片布置方式发现,鳍片径向长度越大,中心流道越小,顶部回流越强.靠近中心轴线处的鳍片灰渣表面温度最高,高度为12m^15m位置处的灰渣表面温度则高达1 080K.随着轴向高度的增加,鳍片径向长度越小,含汽率越大.鳍片径向长度越小,相同径向位置处的含汽率越大,最大值可达0.214.不同径向长度的鳍片交错布置,有利于提高辐射废锅筒体水冷壁的换热量,改善筒体表面温度分布.鳍片表面高温区域减小,水冷壁管吸热趋于均衡,避免局部过冷过热所引起的交变热应力,才能使水冷壁管使用寿命延长.