鼓泡床焦炭型氮氧化物生成的试验与模型研究

循环流化床（CFB）锅炉密相区是焦炭型氮氧化物（NOx）生成的主要区域,利用小型鼓泡流化床实验台比拟CFB锅炉密相区,在850 ℃床温和10% O 2浓度下,进行了单颗粒焦炭的燃烧实验,对不同床料粒度、制焦煤种、焦炭粒径和流化风速条件下焦炭氮向NOx的转化比例进行了研究。针对3种原煤制得的焦炭,均发现床料粒度增大后,鼓泡床乳化相内传质系数增加而传热系数降低,导致焦炭颗粒表面氧化性气氛增强,燃烧进程加快,焦炭氮向NOx转化率上升。初始焦炭粒径越大,焦炭氮向NOx转化率越低。流化风速的增大对焦炭氮向NOx转化有一定的促进作用,但并不显著。实验中对焦炭颗粒内部温度进行了测量,验证了前述的实验结果。同时,基于密相区传质传热特性与简化反应机理,建立了单颗粒焦炭燃烧及焦炭氮转化模型,计算结果与实验匹配良好,为CFB锅炉整体NOx排放模型的建立奠定了基础。     

燃煤循环流化床锅炉中并联分离器的性能实验研究

劣质煤可用于循环流化床(CFB)燃烧。多个并联分离器布置的方式被广泛地应用于循环流化床锅炉实现气固分离,然而这种布置方式容易出现造成气固两相流的不均匀分布,以及并联分离器性能的差异。在300 MW循环流化床锅炉上开展了实验研究,对比了并联的3台分离器的压降、分离效率、以及其内的燃烧现象。研究发现,中间位置的分离器具有更大的压降以及更高的分离效率,这与中间分离器具有更大的烟气流率有关。而对比并联布置的返料阀和立管的压降发现中间分离器具有更小的颗粒流率,这不利于燃烧以及炉内脱硫。此外,由于不均匀的气固两相流,中间位置分离器内烟气温升明显高于两侧分离器。     

微粒在旋风分离器中的分离特性与数值模拟

针对比较难分离的微粒,运用数值模拟方法对其在旋风分离器中的运动进行模拟。气固相研究分别采用了雷诺应力模型和拉格朗日模型,模拟出了旋风分离器中气流的流动特征和粒子运动特性。将模拟得出的旋风分离器的分离效率和实验结果比较,结果表明,对于粒径大于4μm的颗粒,数值模拟结果和实验结果吻合得比较好。     

α 型旋风分离器放大效应的数值分析

旋风分离器放大效应显著,是影响其分离效率和压降的重要因素。利用ANSYS软件,对经过几何相似放大的筒体直径分别为80、150、240、320、450和1 000 mm的α型旋风分离器进行数值模拟,气相采用RSM模型,颗粒相采用DPM模型。结果表明:旋风分离器尺寸按几何相似放大后,在相同进口气速下,随着旋风分离器筒径的增大,切向速度、静压和湍动能均呈增大趋势;轴向速度分布由倒V形变为倒W形,不利于颗粒的分离。颗粒运动数值模拟与分离效率试验结果均表明:α型旋风分离器经过几何相似放大,筒体直径越大,颗粒运动轨迹更加紊乱,分离效率越低;旋风分离器放大效应对直径20μm以上颗粒分离效率的影响不大,对直径10μm以下颗粒的分离效率影响显著。     

粉煤热解含尘干馏气两级净化实验研究

为解决粉煤热解过程中的含尘干馏气净化难题,设计了由旋风分离器和颗粒床过滤器组成的高温两级除尘实验装置。基于该装置对旋风分离器和颗粒床过滤器的除尘性能进行了研究,同时探讨了滤料、温度、焦油气等因素对系统除尘性能的影响。结果表明,两级除尘装置中旋风分离器能够完全去除28μm以上的粉尘,颗粒床过滤器能够进一步去除28μm以下的粉尘,整个系统的总除尘效率高达99. 89%。同时,颗粒床过滤器采用半焦作滤料比石英砂具有更高的过滤质量。此外,温度升高会降低旋风分离器和颗粒床过滤器的除尘效率,其对颗粒床过滤器的影响尤为显著。然而,在含焦油气的工况下,部分焦油气会在颗粒床过滤器内部产生冷凝,可以在一定程度上提高颗粒床过滤效率,还可提升焦油品质。     

大颗粒炭在流化床中燃烧的热应力破碎理论

根据大颗粒炭在流化床中的传热和燃烧的特点，推导出大颗粒炭内部产生的热应力分布，提出大颗粒炭热应力破碎理论。指出位于炭粒中心部位的裂隙处因张应力而产生的应力集中是大颗粒炭破碎的主要原因。     

运用CFD对Buell型旋风分离器的模拟分析

运用数值模拟方法计算了颗粒在旋风分离器中的运动轨迹,得到了不同粒级的颗粒分离效率和分离器总压降,并将分离效率计算结果与Barth经验模型,压降计算结果与Dirgo经验模型计算值进行比较,发现运用CFD模拟计算与经验模型结果基本一致,分离效率略低、压降比较吻合。同时发现不同粒径颗粒逃逸的主要途径不完全相同,在入口上方或下部进入的离子逃逸概率较高。研究结果还表明,应用计算流体力学来研究旋风分离器的分离性能方便可行。     

静态煤粉分离器中颗粒运动特性数值模拟研究

为了研究不同性质的颗粒在静态煤粉分离器内部的运动行为,利用Fluent数值模拟软件包,采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对分离器内的流场流态和不同粒度、密度颗粒的运动轨迹进行模拟,并从动力学角度分析了颗粒在第一分离区和离心分离区的运动状态,同时使用实验室静态分离器进行试验验证。研究结果表明,模拟数据与实验室实验数据结果匹配度良好,颗粒的密度越大在流场中的加速度越小,密度通过影响颗粒在流场中的运动,进而影响颗粒的分离效率;颗粒在第一分离区为单一的轴向运动,在离心分离区为复杂的三维旋转运动,湍流场对颗粒"鱼钩效应"的产生有一定的影响。     

低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内过焓燃烧的实验研究

为了解决我国煤炭开采过程中大量低浓度抽放瓦斯在现有技术条件下无法直接利用的问题,设计搭建了低浓度瓦斯燃烧实验系统,对低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内过焓燃烧贫燃极限扩展方法与特性开展了研究,得到了煤矿低浓度瓦斯过焓燃烧的贫燃极限、火焰传播速度范围、污染排放特性。研究表明：低浓度矿井瓦斯在甲烷浓度小于5%时仍然可以在泡沫陶瓷内稳定燃烧,具有较高的燃烧效率和低污染排放特性;贫燃极限可以进一步扩展到4%以下。     

煤粉等温燃烧挥发分、焦炭耦合作用及同步NO释放规律

利用自制的等温热重装置及NO测量系统,对煤粉及煤焦进行了等温燃烧实验,研究了挥发分与焦炭燃烧耦合作用及同步NO释放特性。结果表明：煤粉等温燃烧过程中,挥发分对焦炭燃烧同时存在促燃和“抢氧”作用。随着温度降低,挥发分对焦炭的促燃作用增强,“抢氧”作用减弱。温度升高,挥发分NO和焦炭NO转化率均呈上升趋势,焦炭NO贡献率升高。煤的煤化程度降低,挥发分对焦炭的促燃作用和“抢氧”作用均增强,挥发分NO和焦炭NO转化率均上升,焦炭NO贡献率升高。不同氧气体积分数下,均存在挥发分对焦炭的促燃作用。环境氧气体积分数降低,挥发分的“抢氧”作用时间延长,挥发分燃烧段和焦炭燃烧段出现分离趋势,挥发分NO和焦炭NO转化率均下降,焦炭NO贡献率下降。     

甲醇制烯烃(MTO)反应器分布管堵塞原因分析及措施

为解决反应器分布管堵塞导致分布管压差上涨问题,寻求解决方法。对影响反应器分布管堵塞的因素,如MTO装置急冷水、水洗水、浓缩水、废甲醇水、压缩机段间凝液等进行试验和对分布管堵塞原因进行分析。通过优化污水汽提塔操作,控制污水汽提塔塔顶出料冷后温度高于120℃,将污水汽提塔塔顶的低温冷却器切换至高温冷却器和控制较低的pH值(8.0),减少了堵塞物的生成;对不凝气及浓缩水进行工艺改造优化了污水汽提塔的操作,解决了反应器分布管的堵塞问题。含有一定浓度醛酮类物质的浓缩水,在碱性环境中可以发生缩聚反应,在污水汽提塔系统内生成交联物,导致反应器分布管的堵塞。     

Utilization of optical image analysis and automatic texture classification for iron ore particle characterisation

Optical image analysis is a very convenient tool for obtaining comprehensive information about fine iron ore size fractions. Data can be obtained on mineral abundances, porosity, particle shape and ore textures with a high level of accuracy. A range of techniques has been used to characterise iron ore samples on a particle-by-particle basis. Automatic textural classification of iron ore particles was used to establish classes containing particles with very similar mineral composition and texture. Image analysis coupled with probe analysis and mineral density measurements provided information about the chemical composition and density of each particle class. The combination of these results enabled a “virtual feed” to be created, which can be a key input into a beneficiation unit model for predicting its performance. Identification and classification of the textural type of each particle was performed according to the CSIRO-Hamersley Iron Ore Group Classification Scheme. If more detailed classification is needed, further classification can be performed based on dimensional, chemical or mineral criteria, such as the presence of certain minerals in particles or total iron content. Some deficiencies of the current image analysis procedures and their further improvement and automation are also discussed.     

基于LabVIEW的钢丝绳张力监测系统

提升钢丝绳张力在线监测在提升机的安全运行中起着重要的作用。给出了一种基于LabVIEW的提升机钢丝绳张力在线监测系统。它充分利用了虚拟仪器的优势,方便地实现了信号的采集和数据的分析处理。     

Gold losses from cyanide solutions part II: The influence of the carbonaceous materials present in the shale material

Gold was found to be mainly adsorbed onto the carbonaceous particles in the Beatrix shale material with possible minor loss of gold due to co-precipitation of gold with Mg(OH)₂ and Fe(OH)₃.Two types of carbonaceous material were present in low concentrations in the Beatrix shale and resembled kerogen. The one type can be described as filamentous particles and the other as roundish particles. Rank measurements done on the carbonaceous particles in the shales showed that they fall in the anthracite range. Adsorption of gold on carbonaceous material of similar rank showed that anthracite has the highest propensity to adsorb gold. This suggests that the carbonaceous particles would have similar gold adsorption properties as anthracite. The lack of an obvious correlation between the propensity of a shale to adsorb gold and its carbon content is probably due to the fact that not all the carbonaceous particles are liberated during milling so that they can be brought into contact with' the gold cyanide solution.     

瓦斯煤粉耦合体系着火实验研究

为研究煤矿井下瓦斯、煤粉、空气3成分体系的着火特性,在改进的粉尘云最低着火温度测试装置(G-G furnace)内,选取4种煤样进行瓦斯与煤粉耦合条件下的引燃实验研究。 实验结果表明：当有煤粉存在时,瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的最低着火温度（MIT）均低于瓦斯、煤粉的最低着火温度,且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大,耦合体系的最低着火温度下降的越多。D50≈25 μm的1号煤样使得耦合体系的着火温度比瓦斯低340 ℃,比煤粉低110 ℃。说明煤矿井下电气设备按纯的甲烷气体进行防爆温度设计和选型,若不考虑煤粉的影响,具有引燃瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的风险,需加以完善和改进。     

煤液化残渣固体热载体法热解实验研究

对煤加氢液化残渣基本物性进行了考察,针对其加热易软化熔融、强黏结性等特性带来的进料困难、热解黏结以及粉尘与热解油气难以分离等问题,构建了集固体热载体快速热解和移动颗粒层除尘为一体的双循环反应系统,探讨了利用该系统连续热解残渣提油的可行性。结果表明,残渣可萃取物占残渣1/2以上,其含有的高分子量有机物使其具有强黏结性。通过配入一定比例惰性物料,可以有效地降低残渣的黏结性。采用螺旋进料器与文丘里进料器组合进料,并配合双层导管冷却的方式可以实现残渣连续顺畅地进料。固体热载体双循环反应系统残渣热解实验表明,采用石英砂掺混进料、流化床快速热解和移动颗粒层过滤除尘技术,可从残渣中高效提取清洁的热解油。热解温度为500 ℃,流化操作气速比U0/Umf为2.8,石英砂-残渣掺混比为4∶1时,热解油产率达23%,是铝甑值的2.1倍。     

煤制备新型先进炭材料的应用研究

煤是一种储量丰富且价格低廉的工业原料,富含大稠环有机化合物,含碳量高,可能成为先进炭素材料的重要碳源。在分析煤的成分结构基础上,提出煤可用来制备先进炭素材料。煤的含碳量高,具有丰富多孔结构,采用破碎加工可直接用做助滤材料。煤作为炭源物质,采用高温炭化处理,可制备活性炭;添加金属催化剂,采用电弧放电等方法,煤可制备富勒烯碳、纳米碳管等纳米炭;高碳煤可以用来制备炭石墨电极,也可进行化学热解,制备石墨烯。以煤和煤系物作为主要原料,经过发泡、炭化处理,可制备泡沫炭;作为基体前驱体,煤可制备炭质复合材料等。煤不仅能用做燃料,也能制备高附加值的先进炭素材料。     

考虑多场耦合的活性炭再生过程数值仿真计算

针对目前活性炭再生过程中的温度场、流场、化学反应等仿真计算研究相对不足的现状,基于计算流体动力学（CFD）软件,提出改进的Lagrange方法对颗粒轨迹进行描述,由此考虑温度场、流场以及化学反应等之间的耦合作用,提高了炉内活性炭再生过程的模拟精度。利用改进的Lagrange方法,对某再生炉内活性炭再生过程进行了仿真计算,计算结果表明：活性炭颗粒在炉中的流动速度、停留时间及温度分布均与实际相符,说明使用该方法对复杂的移动床再生炉进行仿真的合理性。     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。     

含铌高铬耐磨铸铁的研究

本文研究了合金元素Nb对15-3型高铬铸铁组织性能的影响。试验结果表明,Nb主要与C结合形成NbC,高铬铸铁基体嵌上硬度更高(HV_(0·1) 24000MPa)的NbC对抗磨粒磨损更有效。在铁水凝固过程中弥散的NbC颗粒为M_7C_3型Fe、Cr复合碳化物的形核提供外来核心,并阻碍其生长导致组织细化,Nb的加入改善了高铬铸铁的综合性能,特别是含Nb的过共晶高铬铸铁,韧性不会明显下降,在低应力磨粒磨损条件下,耐磨性还能显著提高。