多喷嘴对置式水煤浆气化炉内固体颗粒微观特性研究

气化炉内固体颗粒微观结构特性对气流床气化过程中熔渣、粗渣和细渣的形成具有重要影响。基于多喷嘴对置式水煤浆气化实验,对典型工况(O/C原子比为1.0)下气化炉轴向不同位置的固体颗粒进行取样,利用氮气等温吸附法和扫描电子显微镜对颗粒孔隙结构和微观形态进行研究。结果表明,气化炉内固体颗粒典型形态为不规则多孔状和规则球状,喷嘴平面有少量致密性不规则颗粒和中空颗粒。从喷嘴平面沿气化炉轴向向下,随着气化反应的进行,颗粒表面愈加粗糙,孔隙结构愈加发达。颗粒吸附曲线属于II型等温线,迟滞回线属于H3型回线,表明颗粒具有大量裂缝形孔和较连续的完整孔系统。比表面积和孔容积均随着与喷嘴平面距离的增加而增大,而平均孔径逐渐减小,在喷嘴平面附近变化幅度较大。孔结构以孔径小于10 nm的孔为主,随着气化反应的进行颗粒中小于10 nm的孔逐渐增多,而大于10 nm的孔分布状态变化不大。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究 Ⅰ.操作气速、固体循环速率对循环流化床气化反应的影响

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器上，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速、固体循环速率）的气化反应。研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小、固体颗粒循环速率的增加而增加。即在ＣＦＢ床中，提高气体、固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行。ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

锥形鼓泡浆液反应器内气含率和固含率轴向分布研究

在不同表观气体速度、淤浆浓度、静止液体高度和不同颗粒直径下考察了锥形鼓泡浆液反应器内气含率及固率轴向分布。由气泡聚并和破碎机理解释了气含率轴向分布规律;结合固体颗粒悬浮机理,利用沉降-扩散模型分析了操作条件影响固含率轴向分布的原因,回归出表征固含率轴向分布的特征参数——Peclet准数的数学关联式,并在相似操作条件下与园柱床内实验结果作了比较。     

循环流化床（CFB）煤／焦气化反应的研究：I.操作气速,固体循环速率 …

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速，固体循环速率）的气化反应，研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小，固体颗粒循环速率的增加而增加，即在ＣＦＢ床中，提高气体，固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行，ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

两段式气流床煤气化炉内气固流动数值模拟研究

建立了两段式气流床煤气化炉内气固两相流动的三维计算流体力学（CFD）模型，将气体视为连续介质，在Euler坐标系下考察气相的运动；将颗粒视为离散体系，在Lagrange坐标系下研究颗粒的运动。利用所建CFD模型对基本设计尺寸和操作条件下的两段式气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟，给出了两段式气流床煤气化炉内的气固两相流动的规律和颗粒的分布规律。在此基础上，针对不同的结构(喉口直径变化)和不同的操作条件（两段气固进料量变化）进行了一系列的模拟比较。结果表明，喉口直径的变化对于炉内气固两相流动及颗粒分布有重要影响。随着喉口直径减小，喉口附近区域的气相回流增强，颗粒运动轨线变得更加曲折，颗粒分布发生明显变化。两段气固流量的改变可以明显改变炉内气固流动，随着一段反应区的气固流量增加和二段反应区气固流量减小，一段反应区内的气相回流更加显著， 二段反应区气相回流减弱，颗粒螺旋上升运动增强，反应器边壁处颗粒浓度增大，颗粒沉积现象减弱。     

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型（英文）

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一：随表观气速的增大，气泡数目增加，气泡体积增大，压力波动增强；气速越高时均压降越大；在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。     

射流流化床煤气化炉中气固流动和传热、传质的CFD模拟研究

通过双流体模型对射流流化床煤气化炉进行了CFD（Computational Fluid Dynamics,计算流体力学）模拟。模拟着重分析了流化床气化炉气固流动的特性和传质、传热过程。结果表明,流化床中气固两相的传热、传质过程与气体和颗粒的运动特性密切相关。     

冷态德士古气化炉流场与停留时间分布的研究

测定了德士古气化炉的冷态速度分布和停留时间分布。结果表明：德士古气化炉内在轴向２．５～３．０倍直径范围内存在回流，最大回流量为射流量的３．５倍左右；在平均停留时间之前，已有５０％左右的物料逸出炉外。本文指出，德士古气化炉中存在的问题，如结渣、耐火砖寿命短、有效气体成分偏低均与炉内流场有关。     

气液并流向上三相流化床流体流动性质的研究

本文研究气液并流向上兰相流化床的一般流体流动性质。阐明了不同性质及粒度的固体颗粒、流化床静止床高、气体及液体的表观线速、气体分布板结构等参数对床层的均匀性、气体及液体滞留量、床层膨胀高度及气泡形态及大小等影响的一般规律。提出了在液固两相流化床中通入气体后,床层膨胀比随着气体速度的增大而变化的规律具有五种不同类型。用气泡上升的平均真实速度V_g/ε_g作为V_g及V_L的函数作图,可以表明气体及液体的表观线速对气体滞留量及气泡大小的影响,并用在流化床上部的照片直观地表明了这一点。最后用关联式将本文数据进行关联,误差在±10%以内。     

四喷嘴对置式气化炉停留时间分布的随机模型

运用连续时间马尔可夫链及矩阵相关理论，建立了停留时间分布随机模型。根据对四喷嘴对置式气化炉流场的测试，将气化炉划分为若干区域，并且对各个区域体积进行了估算，组成马尔可夫链状态转移图。模拟计算表明，当射流回流区和撞击流回流区回流比为1，管流区为平推流模式,其他区域按全混流模式处理时，模拟值与实验值较接近。用优化的模型计算了不同条件的冷模气化炉的停留时间分布，结果表明，随着气体流量的增大，平均停留时间减小，无因次方差增大；随着炉体高度的增加，平均停留时间增大，无因次方差减小。对工业气化炉停留时间分布进行了预测，炉内流型总体上趋近于全混流，有利于炉内的气化反应。     

CFD Model of Dense Gas-solid Systems in Jetting Fluidized Beds

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｇａｓ ｓｏｌｉｄｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｓ ,ｊｅｔ ｔｉｎｇｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｖａｒｉｅｔｙｏｆｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｇｏｏｄｍｉｘｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ,ｈｉｇｈｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｅｓ ,ａｎｄｆａｓｔｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎ .Ｈｏｗｅｖｅｒ ,ｔｈｅｌａｃｋｏｆｃｏｍｐｌｅｔｅｕｎｄｅｒｓｔａ…     

气固流化床内射流特性的研究

采用Brandani等的数学模型模拟了中心射流宽度为0.01m的二维气固流化床(高1.6m、宽0.3m)内鼓泡和射流的瞬态及时均流体动力学特性。一种典型的Geldart B颗粒――砂子(粒径为500mm、密度为2660kg/m3)作为研究的模拟物料。瞬态结果表明，床内射流产生和发展、射流崩塌后所形成气泡尺寸以及全床内的气体速度场和空隙率均存在明显的非对称性，但是由压力信号功率谱密度得到的时均压力特性则有较好的对称性。因此，对于商业化稳定运转的射流床，可以用半床模拟结果近似解释整床特性；然而，在考察射流床的瞬态特性时，半床模拟结果与整床结果存在明显偏差。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅱ.温度、氧含量及煤种对CFB气化反应的影响

报道了两种煤／焦（西山焦煤飞灰、神木煤），在小型循环流化床（ＣＦＢ）气化反应装置上，以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在不同条件（９００～９７０°Ｃ，０～３０％氧含量）下的气化反应的研究。结果表明，提高气化温度，气化反应速度提高，尾气中可燃气体浓度（ＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４）、碳转化率及气化效率明显提高。气化介质中的氧含量增加，ＣＯ浓度、碳转化率及气化强度明显增加。反应性高、挥发分多的煤种更适合在ＣＦＢ气化反应装置上进行气化反应。     

压力对加压煤气化过程中氮释放的影响

为了解大型加压煤气化过程中污染物分布状态及其影响因素,着重研究了压力对加压大型煤气化过程中氮释放的影响。对晋城无烟煤在φ800 mm加压灰熔聚流化床煤气化实验进行跟踪采样分析,水蒸气和氧气作为气化介质(Steam/O₂≈3/1, 体积比),气化炉内反应温度为1 000℃,考察0.6、1.0、1.5、2.0 MPa四种气化压力下氮化物在产物中的分布。结果表明,氮元素主要分布在气相产物中,随着气化压力增大固相产物中的氮含量增加,气相产物的氮含量先增加,在1.0 MPa以后呈现略微下降的趋势,并通过对比分析晋城无烟煤和气化底渣的氮赋存形态,从微观层面进一步探讨压力对氮分布规律的影响方式。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟——Ⅱ-错流移动床非催化气固反应过程模拟

基于前文错流移动床反应器模型方程,模拟计算并分析了该类反应器中气、固相流动对热煤气脱硫等非催化气固反应过程的影响。研究表明,床层在床深方向按反应速率的快慢可分为粗脱区和精脱区,在颗粒流动方向上气相浓度差异较大,并主要体现在粗脱区内,床层出口处颗粒转化率呈现较大分布,反应器内气固交错流动、气相浓度和颗粒转化率共同作用（ 于气固反应速率） 等因素是造成过程特征的主要因素。因此反应器优化应满足对两相流动的优化,将粗脱区设置成错流移动床而精脱区设置成固定床,并使粗脱区内颗粒流速沿气流方向逐渐减小,以减小出口颗粒转化率的分布并提高颗粒利用率,同时沿颗粒流动方向应逐渐减小过床气流体积分率以利于床内气固反应速率的均一分布。由此指出对该类床型其底部渐缩下料段和过床气流对床内颗粒流动的影响以及床层结构及颗粒流动对过床气流分布的影响研究的必要性。     

Experimental and mechanism studies on simultaneous desulfurization and denitrification from flue gas using a flue gas circulating fluidized bed

The oxidizing highly reactive absorbent was prepared from fly ash,industry lime,and an oxidizing additive M.Experiments of simultaneous desulfurization and denitrification were carried out in a flue gas circulating fluidized bed(CFB).The effects of influencing factors and calcium availability were also investigated on the removal efficiencies of desulfurization and denitrification.Removal efficiencies of 95.5%for SO2 and 64.8%for NO were obtained respectively under the optimal experimental conditions. The component of the spent absorbent was analyzed with chemical analysis methods.The results in- dicated that more nitrogen species appeared in the spent absorbent except sulfur species.A scanning electron microscope(SEM)and an accessory X-ray energy spectrometer were used to observe micro-properties of the samples,including fly ash,oxidizing highly reactive absorbent and spent absorbent.The simultaneous removal mechanism of SO2 and NO based on this absorbent was pro- posed according to the experimental results.     

炉前煤低温干馏工艺中脱硫行为的模拟研究

为了提供燃煤炉前低温干馏系统中硫的脱除和转化的工业设计依据，采用自制的程序升温固定床反应器，在模拟燃煤炉前低温干馏的工况下考察了热解温度及Ca/S原子比对热解产物中硫分布的影响。结果表明，由于CaO的存在，循环流化床（CFB）锅炉的循环灰具有明显的固硫作用，在480℃~640℃、煤热解气、液产物中60％～70％的硫以CaS的形式固定在灰中。相同热解温度下，固硫作用随着Ca/S原子比的提高而增加，焦油收率和焦油中硫含量均有所下降。     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。