Response Surface Modeling of Fuel Rich and Fuel Lean Catalytic Combustion of the Stabilized Confined Turbulent Gaseous Diffusion Flames

The Response Surface Methodology (RSM) has been applied to explore the thermal structure of the experimentally studied catalytic combustion of stabilized confined turbulent gaseous diffusion flames. The Pt/γAl2O3 and Pd/γAl2O3 disc burners were situated in the combustion domain and the experiments were performed under both fuel-rich and fuel-lean conditions at a modified equivalence (fuel/air) ratio (ø) of 0.75 and 0.25 respectively. The thermal structure of these catalytic flames developed over the Pt and Pd disc burners were inspected via measuring the mean temperature profiles in the radial direction at different discrete axial locations along the flames. The RSM considers the effect of the two operating parameters explicitly (r), the radial distance from the center line of the flame, and (x), axial distance along the flame over the disc, on the measured temperature of the flames and finds the predicted maximum temperature and the corresponding process variables. Also the RSM has been employed to elucidate such effects in the three and two dimensions and displays the location of the predicted maximum temperature.

Response Surface Methodology and Artificial Neural Network Methods Comparative Assessment for Fuel Rich and Fuel Lean Catalytic Combustion

Modeling, predictive and generalization capabilities of response surface methodology (RSM) and artificial neural network (ANN) have been performed to assess the thermal structure of the experimentally studied catalytic combustion of stabilized confined turbulent gaseous diffusion flames. The Pt/γAl2O3 and Pd/γAl2O3 disc burners were located in the combustion domain and the experiments were accomplished under both fuel-rich and fuel-lean conditions at a modified equivalence (fuel/air) ratio (ø) of 0.75 and 0.25, respectively. The thermal structure of these catalytic flames developed over the Pt and Pd disc burners was scrutinized via measuring the mean temperature profiles in the radial direction at different discrete axial locations along with the flames. The RSM and ANN methods investigated the effect of the two operating parameters namely (r), the radial distance from the center line of the flame, and (x), axial distance along with the flame over the disc, on the measured temperature of the flames and predicted the corresponding temperatures beside predicting the maximum temperature and the corresponding input process variables. A three-layered Feed Forward Neural Network was developed in conjugation with the hyperbolic tangent sigmoid (tansig) transfer function and an optimized topology of 2:10:1 (input neurons:hidden neurons:output neurons). Also the ANN method has been exploited to illustrate the effects of coded R and X input variables on the response in the three and two dimensions and to locate the predicted maximum temperature. The results indicated the superiority of ANN in the prediction capability as the ranges of & F_Ratio are 0.9181 - 0.9809 & 634.5 - 3528.8 for RSM method compared to 0.9857 - 0.9951 & 7636.4 - 24,028.4 for ANN method beside lower values for error analysis terms.

胺基材料在二氧化碳分离膜领域研究进展

膜法碳捕集是实现双碳目标的重要途径,但受限于材料本身,膜材料的分离性能存在上限。胺基材料可以和CO_(2)发生可逆反应,能够显著提高膜材料的分离性能,常被作为促进传质的载体引入到膜体系。本文介绍了胺基材料促进CO_(2)传质的机理,重点归纳了胺基材料引入到膜体系的4类方法(涂覆法、反应法、接枝法、掺杂法)及制备膜材料的性能,并分析其优势与不足。本文指出胺基材料促进CO_(2)传质机理需要进一步探索,强调开发高胺基密度的膜材料和以更加“牢固”的方式将胺基材料引入膜体系是领域未来需重点发展的方向,利用机器学习提高膜材料设计效率对该领域发展具有指导意义。分析表明真实工况下胺基膜材料的性能稳定性、设备稳定性以及工艺稳定性是值得关注的研究领域,建立完整的胺基膜法CO_(2)捕集技术链仍面临巨大挑战。

淬熄高度和空气分配比例对RQL燃烧室燃烧特性的影响

基于富油/淬熄/贫油(RQL)技术原理,设计一种燃气轮机低排放燃烧室.在保持燃烧室进口参数不变的前提下,研究不同淬熄结构高度及空气流量分配比例对燃烧室内流场、温度场及污染物生成特性的影响.结果表明:淬熄结构高度和空气分配比例是影响燃烧室燃烧性能的重要参数,随着淬熄结构高度的降低,燃烧室出口氮氧化物NO_(x)的排放量增加;随着富油区主燃孔与淬熄空气质量流量的空气分配比例降低,燃烧室出口NO_(x)的排放量先降低后增加,存在一个最佳的空气分配比例使NO_(x)排放量最低;热力型NO_(x)的生成量与温度高于1900 K的区域大小和最高燃气温度存在直接关系.基于此设计的燃烧室在所研究的工况下,最低NO_(x)排放量可低于35 mg/m^(3),达到了低污染燃烧室排放标准.

304L不锈钢在贫胺液换热器上的耐蚀性研究

国内多数天然气净化装置在设计时,会选用碳钢材质的胺液换热器,但在实际运行中经常会遇到腐蚀损伤问题。因此,越来越多的企业开始应用不锈钢材质管束的换热器。通过试验研究了304L不锈钢在高含硫含氯胺液的碱性环境中的点蚀和应力腐蚀开裂敏感性,验证了该材质在某气田贫胺液换热器运行工况条件下的适用性及安全性,为合理控制高含硫酸性气田换热设备材料的使用成本提供了有效依据。

少水胺吸收剂CO_(2)捕集工艺的中试试验与技术经济性评价

化学吸收法是现阶段燃烧后CO_(2)捕集大规模应用的主要技术路线,但其运行和投资成本高是技术难题。该文采用基于有机胺构效关系开发的低再生能耗少水胺吸收剂,在真实燃烧后烟气条件下的中试平台上,试验研究少水胺吸收剂的CO_(2)捕集率、再生能耗、挥发性胺排放等性能,并通过流程模拟与成本测算,评估技术经济性。中试结果表明,烟气流量为260~280 m^(3)/h,CO_(2)浓度(干基)约12%,少水胺体系(水质量浓度约15%)实现稳定运行,CO_(2)捕集率高于90%,再生能耗低至2.35 GJ/t CO_(2),胺挥发排放较高(约110~380 mg/m^(3))。在Aspen Plus建立10000 m^(3)/h烟气CO_(2)捕集工艺流程,相比常规一乙醇胺(monoethanolamine,MEA)工艺,少水胺工艺系统的投资成本降低12%,运行成本降低20%。该少水胺吸收剂具有CO_(2)捕集率高、再生能耗低、系统投资和运行成本低等优势,有望在工业示范中应用。该文研究结果可为万t级/年CO_(2)捕集示范工程的设计提供一定依据。

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NO_(x)排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_(x)排放特性和影响NO_(x)生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究.结果表明:在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_(x)排放可降至54×10^(-6)(15%O_(2)).H+O_(2)(+M)=HO_(2)(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_(x)排放的关键反应.燃烧压力的升高会促进NO与HO_(2)反应并转化为NO_(2).对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%~80%)会导致NO_(x)排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%~55%)则有利于实现较低的NO_(x)排放(54×10^(-6)~86×10^(-6)(15%O_(2))).

贫/富甲醇换热器壳程通道堵塞的原因及处理

某公司低温甲醇洗装置在生产运行期间,出现贫/富甲醇换热器壳程富硫甲醇循环量下降、管程贫硫甲醇温度升高、再吸收塔下塔积液、热再生塔液位偏低和尾气中携带甲醇等异常工况,伴随工况恶化,净化气中二氧化碳含量和硫化物含量经常超标。为此,制定并实施了一系列在线维护方案。装置开车后富硫甲醇循环量恢复正常,装置负荷由停车前的65.0%提升至76.5%。

负压脱苯换热网络优化

利用Aspen软件结合目前常用的负压脱苯工艺中换热网络进行模拟分析,设计了几种换热网络。根据数据分析优化出相对合理的换热方案,以期达到节能降耗的目的。

管壳式换热器换热管的泄漏失效原因

某管壳式换热器在运行过程中发生了换热管泄漏现象,导致换热器失效。为防止此类事件再次发生,采用化学成分分析、微观形貌观察,腐蚀产物分析等手段对换热管失效的原因进行了全面研究。结果表明:换热管的C含量偏低,外壁出现了脱碳现象,脱碳层厚度约362μm。换热管内壁和腐蚀坑内覆盖着大量絮状腐蚀产物,其Fe、O、S、C元素含量较高,腐蚀产物主要由铁的氧化物(Fe_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3))、铁的硫化物(FeS和FeS2)、铁的硫酸盐[Fe_(2)(SO_(4))3]和碳酸盐(FeCO_(3))组成。认为是换热管在H2S和CO_(2)的协同作用下引起了局部腐蚀破坏,H2S破坏了换热管表面的FeCO_(3)产物膜,造成换热管局部区域形成了腐蚀电池,导致腐蚀破坏的发生。

碳捕集系统中贫富液换热器的热经济学优化研究

以锦界电厂15万t/a CO_(2)捕集系统数据为基础,通过贫富液换热器的设计和运行的优化研究,达到对CO_(2)捕集贫液所含热量的充分利用。以最大年收益为目标函数,建立模型,推导出最大净收益时的最优效能εopt与最优传热面积A opt的关系。根据电厂碳捕集系统中蒸汽先做功后供热的特点,创新性地提出了热电联产供热热价的计算公式。结果表明,与按锅炉供热热价相比,按照热电联产供热热价优化的贫富液换热器的传热面积更小,传热温差更大,采用热电联产供热热价优化得到的结果更合理。当采用热电联产供热热价优化贫富液换热器时,能从贫液中多回收热量900 kW,二氧化碳捕集可减少蒸汽量消耗0.36 kg/s,节能率为6.2%。

溶剂再生装置贫胺液水冷器换热管腐蚀失效分析

某炼油厂溶剂再生装置E302水冷器换热管发生开裂泄漏。通过化学分析、金相分析、扫描电镜观察、能谱分析和X射线衍射分析等手段对开裂区域金属材质、腐蚀形貌、腐蚀产物等进行了分析,结合工艺流程综合判断腐蚀开裂原因。综合现场腐蚀情况及分析结果,E302换热管腐蚀的主要原因是:该系列使用NCMA胺液,由于NCMA胺液降解生成的热稳定盐浓度过高,造成E302换热管发生胺应力腐蚀开裂及热胺盐腐蚀,最终导致E302换热管泄漏。

炼厂醇胺溶剂再生过程中存在的问题及对策

介绍了四川石化公司醇胺脱硫溶剂再生装置的工艺原理、流程、特点以及贫胺液质量对尾气SO2排放的影响。针对上游装置生产过程中的异常波动对脱硫溶剂再生及制硫系统的影响,从工艺上提出了相应对策。分析了制约贫胺液质量的影响因素,针对这些因素提出工艺窄点控制方案。通过长时间对富液闪蒸罐温度压力、再生塔底温度压力以及富胺液中含油量的监测,提出了工艺优化方案：在不影响装置工艺操作的前提下,将富液闪蒸罐温度控制在65~75℃,闪蒸压力控制在0.030~0.16MPa,贫胺液出装置温度控制在（55±2）℃。针对目前再生装置运行中存在的其他问题提出了相应解决办法,为同类装置的安全平稳长周期运行提供了参考。

弯头对煤粉浓淡分离器工作特性影响的数值模拟研究

煤粉浓淡分离燃烧技术在低负荷稳燃、降低燃烧污染物排放等方面具有良好性能,得到广泛应用。由于四角切圆燃烧锅炉粉管布置要求,燃烧器前往往布置有弯头,弯头出口存在煤粉空气混合物速度和煤粉浓度分布的不均。该文采用试验和数值模拟方法,对一次风煤粉空气混合物流经弯头后形成的气、粉分布不均对浓淡分离器的工作特性的影响进行分析。试验和模拟结果表明,弯头结构和布置形式对煤粉浓淡分离器的分离效果、浓淡侧速度分布不均等都有重要影响。文中同时提出了具有前置弯头的浓淡分离器获得高分离效果及浓淡侧速度均衡的途径,为浓淡分离器的设计和运行提供参考。

水平浓淡燃烧器出口气固浓淡射流的混合特性研究

水平浓淡燃烧器出口射流在水平方向上分为浓淡两股,浓煤粉射流位于向火侧而淡煤粉射流位于背火侧,以实现稳定着火,防止炉内结渣和高温腐蚀,并起到降低氮氧化物(NOx)排放的作用,但由于浓淡两股煤粉空气射流之间仅有较薄的隔板加以分隔,因此往往存在浓淡煤粉射流是否在出口后不久即发生混合,导致浓淡分离效果丧失的疑 虑。该文通过气固两相模化实验,采用基于光学波动法的激光光纤探针对水平浓淡气固两相射流在燃烧器出口外浓淡两股射流的混合特性进行了试验研究,结果表明水平浓淡燃烧器出口气固两相射流的浓淡分离效果能在较长的射程内得以维持,从而保证了浓淡燃烧的优点。

哌嗪活化N-甲基二乙醇胺半贫液脱碳工艺配方优选及参数优化

哌嗪(PZ)活化N-甲基二乙醇胺(MDEA)半贫液脱碳工艺是高含碳天然气预处理能耗高问题的解决途径之一。针对某天然气处理陆上终端采用的PZ活化MDEA半贫液脱碳工艺(设计天然气处理能力为8×10^9 m^3/a,原料气中CO2体积分数为35%),采用吸收再生实验方法对系统中存在的贫液、半贫液吸收CO2性能以及富液解吸CO2性能进行考察,优选适用于半贫液脱碳工艺的胺液配方,并采用HYSYS软件建立半贫液工艺模型,对筛选出较优工艺配方下的工艺参数进行优化。结果表明:随着总胺浓度增加,贫液、半贫液吸收CO2性能及富液解吸CO2性能先增加后减小,较优总胺质量分数为40%;总胺质量分数一定时,随PZ添加量增加,贫液及半贫液吸收CO2性能先增加后减小,解吸CO2相对再生能耗先增加后降低,PZ较优添加质量分数为3%,之后随着PZ添加量的增加,解吸CO2相对再生能耗又缓慢升高,较优胺液配比(质量分数)为37%MDEA+3%PZ;模拟得到较优工艺参数为再沸器温度386.15 K,贫液吸收温度323.15 K,贫液循环量253 m^3/h、半贫液循环量1147 m^3/h。

可控煤粉浓淡旋流燃烧器着火稳燃的简化模型及其在旋流回流区中的应用

介绍了可控浓淡旋流燃烧器浓淡分离的原理及试验结果，利用回流区搅拌均匀反应热理论模型，结合风粉射流浓淡分离特点及颗粒浓度分布实验结果，通过热质交换平衡分析，建立了一个旋流燃烧器浓淡煤粉在回流区着火及气流火焰稳定性综合模型，求解得到燃烧器稳定着火燃烧的特征参数及燃烧器结构、运行参数变化对着火的影响，获得使煤粉稳燃的最小回流区长度及主流煤粉浓度，并结合工业性试验结果，对模型进行了验证。

六角切圆燃烧褐煤煤粉锅炉低NO_x燃烧技术研究

为了降低六角切向燃烧褐煤煤粉锅炉的 NOx 的排放量,文中对一台燃用褐煤的 670t/h 煤粉锅炉燃烧器、采用水平浓淡燃烧和分级送风技术后,进行了 NOx 排放特性的工业性试验研究。试验中研究了各种送风方式对 NOx 排放和燃烧特性的影响。试验表明,采用分级送风和水平浓淡燃烧相结合,NOx 排放浓度下降了 23%以上,达 388.3mg/m3,而锅炉效率有所提高,低负荷稳燃能力有所加强。

670t/h燃贫煤锅炉NO_x排放及稳燃特性的工业试验研究

为降低一台670t/h燃用贫煤锅炉NO_x排放并提高锅炉稳燃性能,采用水平浓淡风煤粉燃烧器技术对4层一次风进行了改造。通过炉内空气动力场测量和锅炉的燃烧调整,使锅炉NO_x排放量较改前降低了37.9％。研究了不同配风方式、给粉方式及入炉总风量变化对NO_x排放量和固体未完全燃烧热损失的影响,对燃用贫煤的锅炉的运行和改造具有一定参考作用。

催化剂Pd/γ-Al_2O_3上Pd的双态行为

采用模拟配气系统和 XPS技术研究了活化气体的氧化还原特性对催化剂中 Pd质量分数为 7%的 Pd/γ- Al2 O3催化活性的影响 .得出 :催化剂经过贫燃保持 /贫燃下降或富燃保持 /贫燃下降处理后 ,催化剂失活 ,表面钯以 Pd O形式存在 ;经过贫燃保持 /富燃下降 ,富燃保持 /富燃下降 ,或富燃保持 /等化学计量下降处理后 ,催化剂被活化 ,表面钯以Pd0 形式存在 .Pd0 的钯对混合配气的催化活性比 Pd O的高得多 .催化剂活性具有可逆性 .等化学计量的气体具有保持催化剂活性的功能 .