移动床中褐煤直接热解特性

为了获得高含水率褐煤在移动床内不经预处理直接热解的可行性及其热解行为,建立管式炉移动床褐煤直接热解实验装置;考察含水率、热解温度和粒径等参数对褐煤热解损失质量、产物产率以及产气特性的影响。研究结果表明:褐煤在热解过程中蒸发出的原位水蒸气参与半焦的气化以及挥发分的重整反应;随着含水率的增加,褐煤的原位水蒸气气化反应加强,碳转化率逐渐提高,H_2产率由277.13 m L/g增大至527.77 m L/g;提高热解温度使气体产率逐渐增大,液体和固体产率逐渐降低,碳转化率由38.19%增大至52.74%;增大粒径使煤中水分和挥发分在颗粒内部的停留时间延长,在一定程度上强化半焦的气化反应以及挥发分的重整反应;此外,增大粒径使挥发分在褐煤颗粒孔隙中的传质阻力增大,二次反应加强,褐煤直接热解的最佳粒径为1.6~3.2 mm。     

高温烟气中单颗粒褐煤干燥特性实验研究

针对褐煤低温烟气干燥技术中干燥效率低、燃烧爆炸危险系数高等问题,对高温烟气干燥技术进行了研究.通过单颗粒高温烟气干燥实验,得到了不同烟气温度、粒径及初始含水率下的干燥曲线、干燥速率曲线、颗粒表面温度曲线,以此来研究3个因素对褐煤高温脱水效果的影响.结果表明,高温(≥600℃)烟气干燥速率远大于低温热风(≤200℃)干燥速率,但继续提高烟气温度对临界含水率的影响很小,同时对干燥速率的提升也不如低温干燥显著;初始含水率越高,干燥速率越大,表面温度越低;粒径越小,对干燥速率和临界含水率的影响越大,且大于干燥介质温度和煤球初始含水率的影响.     

褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性

为了研究褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性,对褐煤的微观结构(煤质、粒径及形貌)进行表征分析的基础上,分别应用Godbert-Greenwald加热炉和20 L近球形爆炸装置,对褐煤煤尘云最低着火温度和最大爆炸压力等燃爆特性参数开展实验研究,分析了煤尘粒径、点火延迟时间对褐煤-空气燃爆特性的影响,并分析了煤尘浓度、可燃气体体积比对褐煤-甲烷-空气燃爆特性的影响。结果表明:随着煤尘粒径的减小,褐煤煤尘云的最低着火温度单调递减。随着点火延迟时间的增大,褐煤-空气最大爆炸压力先增大后减小。随着煤尘浓度增加,褐煤-甲烷-空气混合物最大爆炸压力Pmm先增大后减小;随着可燃气体体积比的增大,Pmm依次减小。当煤尘浓度为400 g/m3,可燃气体体积比为1∶3时,Pmm达到峰值0.781 MPa.这些参数对煤矿井下电力设备工业过程及表面温度的控制和煤矿井下通风、泄爆、惰化等措施的实施具有参考价值。     

散射作用下粒径对激光烧结的影响

采用二维双温度模型对激光烧结过程中的相变传热特性进行了模拟研究,重点讨论了颗粒粒径对烧结过程的影响,在此过程中考虑了散射效应的作用。通过将界面能量平衡方程、成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固-液界面的位置。结果表明:当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小。颗粒粒径的变化主要影响表面光强分布与传热尺寸两个方面,在激光照射阶段由于散射效应,粒径增加会使颗粒底部光强变强,底部温度升高;在激光照射结束以后,粒径越大,单位光照表面下的传热体积也越大,这导致大粒径颗粒的温度、熔化程度较低,底部温度下降速度更快。     

燃烧过程中脱挥发分引起煤颗粒破碎的研究

从理论上分析了燃烧过程中脱挥发分引起的煤颗粒破碎机理,并通过模型预测了脱挥发分过程中球型颗粒内部的压力和应力分布,研究了颗粒大小、温度等几个因素对脱挥发分引起的破碎的影响,研究表明,煤颗粒的挥发分含量越高、炉膛内的温度越高,颗粒越容易破碎;颗粒越小,发生破碎需要的时问越短,但是极小的颗粒可能不会发生脱挥发分破碎,这和颗粒内部的对流孔径有关;此外,挥发分含量极小的颗粒,可能不会发生脱挥发分破碎。     

干燥时间对褐煤孔结构变化及其复吸行为的影响

为了探讨褐煤干燥过程中孔结构的变化及其与水分复吸的关联,选择平庄褐煤为研究对象,进行了不同温度和干燥时间条件下,褐煤的干燥、干燥煤的复吸及孔结构变化的实验研究。结果表明:干燥时间对褐煤干燥行为及其复吸能力的影响主要与其孔结构的变化有关,该作用在很大程度上也受干燥温度的控制;不同程度干燥煤的复吸结果显示,褐煤在不同温度常压惰性气氛下的干燥存在一相同的最佳时间(本实验条件下为20min)。在褐煤干燥过程中伴随孔结构的变化,比表面积和大孔体积的减小以及中孔体积的增大是一个渐进过程。中孔结构的变化是影响褐煤复吸的主要因素,在干燥过程中通过优化操作条件调控中孔结构的变化是抑制褐煤复吸的一个有效途径。     

预干燥燃褐煤发电系统理论研究

利用等效热降法建立了回热抽汽预干燥燃褐煤发电系统的经济性分析模型,并给出了褐煤预干燥的节煤条件.利用该模型对某600 MW机组采用回热抽汽预干燥燃褐煤发电系统的热效率影响因素进行了分析.计算结果表明:采用该系统在额定工况下节煤量为11.21 g·(kW·h)-1;烟气温度每变化10℃节煤量约变化1.5 g·(kW·h)-1;从1 kg褐煤中每多干燥出0.1 kg水节煤量增加3.3 g·(kW·h)-1;从褐煤中干燥出1 kg水分需要的蒸汽量越少,热经济性越好,并且褐煤的干燥程度越高,其对经济性的影响越明显.     

油田采油污水污泥干燥特性实验研究

以辽河油田某采油污水污泥为研究对象,在分析理化特性的基础上,研究了影响含油污泥干燥过程的因素及其规律.实验结果表明,掺煤量、粒径、干燥风温度、干燥风流量是影响油田含油污泥干燥速率的主要因素.掺煤比例越大,粒径越小,干燥风温度越高(在一定温度范围内),干燥风流量越大(在一定流量范围内),干燥速率越大;且当掺煤比例为20%,粒径为20 mm,干燥风温度为125℃时,这些因素对污泥干燥的强化效果愈加明显.     

褐煤直接热解特性及动力学行为的热分析研究

提出了一种不经预干燥的褐煤直接热解工艺,将褐煤的干燥与热解气化集成于同一个反应器中,利用自身干燥产生的水蒸气作为气化剂,提高其转化效率。采用热质量分析仪测定了海拉尔褐煤的热解特性,分析了其直接热解的可行性;考察了升温速率和含水率对直接热解行为的影响;通过动力学参数对直接热解行为进行定量分析。结果表明:海拉尔褐煤的直接热解可分为初始干燥阶段、干燥-热解阶段(活化能小于5 kJ/mol)、主要热解阶段(活化能为10~24 kJ/mol)和缩聚反应阶段(活化能为65~85 kJ/mol);提高升温速率促进了水分和挥发分的协同反应、挥发分析出和缩聚反应降低了活化能,固定碳剩余质量分数由23.34%减小至19.66%;在升温速率100℃/min条件下,随着试样含水率的增加,水分与固体的反应加强,活化能降低,热解固体干基产率由61.62%降低至59.23%,说明褐煤中水分对其热解有促进作用。     

粒径呈幂律分布的颗粒气体中的颗粒分离行为特性

采用分子动力学方法模拟了受到边界振动的粒径呈幂律分布的颗粒气体中的颗粒分离行为特性.研究发现当系统受到振动时,模拟区域出现温度梯度,系统出现颗粒分离现象,所有的颗粒都会朝着温度低的区域移动,且大颗粒比小颗粒更趋向于聚集在低温区域;系统大颗粒和小颗粒间的粒径差越大,系统的颗粒分离行为越显著.同时,系统的子区域中的局域粒径分布函数仍然为幂律分布.     

锥形下行床内流动行为的CFD数值模拟

针对传统圆柱形下行床中固含率较低的问题,提出采用锥形下行床作为褐煤热解反应器。采用CFD软件进行数值模拟,考察了颗粒循环通量、密度、粒径等因素对锥形下行床中径向和轴向流动规律的影响。结果表明:增加颗粒循环通量或降低颗粒密度均可显著提高床层固含率平均水平,并强化颗粒对浓相环形区峰值的影响;颗粒粒径对固含率影响较弱,主要影响浓相环形区出峰位置;颗粒循环通量显著影响着反应器内轴向压力的变化幅度。通过考察气固轴向速度分布发现,减小颗粒密度和粒径可降低气固间滑移速度,有效提高颗粒的跟随性。与传统圆柱形下行床相比,锥形下行床可显著提高床层平均固含率,适合于褐煤热解等以颗粒相作为反应物的快速反应。     

超细颗粒沉降过程数值模拟

从单个颗粒运动轨迹出发,对存在团聚现象的颗粒沉降过程进行分析,建立了一个分析超细颗粒悬浮液沉降过程的数值模型,提出了加速沉降的促进函数ψ,推导出沉降效率数值模型.并用Matlab程序对钛白去离子水体系分离模型进行了计算模拟,得出钛白悬浮液沉降过程有3个阶段:微观力影响与宏观力影响近似平衡的开始阶段,微观力影响占主导的沉降加速阶段,和两者达到新平衡的沉降后期状态.并讨论了颗粒含量和粒径对沉降过程的影响:颗粒含量的降低或是粒径的增大都将使沉降加速阶段时间跨度增加.     

常压吸附流化冷冻干燥过程的理论分析

为探索节能型的冷冻干燥方式,进行了在常压下利用流化床中吸附剂吸附水分同时放出热量实现冷冻干燥的研究。以粒状物料为例,建立了球坐标下常压冷冻干燥的传热过程理论模型,计算了物料干燥过程中的温度和升华界面的移动距离,并对床温、物料尺寸和吸附剂粒径等影响因素进行了理论分析。实验测量了物料内的温度分布变化,验证了数学模型的可靠性。结果表明,通过适当提高床温、采用小尺寸物料和吸附剂,可以提高干燥速率。     

超临界流体技术进行熔融肉豆蔻酸的微粉化

设计和搭建了一套能够进行熔融物制备固体微颗粒的实验装置,利用超临界CO2以及超临界N2制备肉豆蔻酸的超细微粒,研究预膨胀压力、预膨胀温度、喷嘴大小对颗粒大小以及粒径分布的影响.结果表明:在研究范围内,随着预膨胀压力(8～16 MPa)的增加,肉豆蔻酸颗粒粒径变小和粒径分布变窄;随着预膨胀温度(50～70℃)的增加,肉豆蔻酸颗粒粒径变大和粒径分布变宽;喷嘴大小(60～120μm)对肉豆蔻酸颗粒几乎没有影响;使用超临界CO2制备的肉豆蔻酸颗粒形貌为不规则形状,但颗粒可以方便地控制在0.5～2μm内;使用超临界N2制备的肉豆蔻酸颗粒形貌为球状,颗粒可以控制在0.5～20μm内.     

外电场作用下R-R分布的荷电颗粒的凝聚

静电除尘器中入口飞灰颗粒群的粒径分布一般符合R-R分布。该文采用分段数值模拟的方法,将控制方程在计算域内按照质量和荷电量离散,研究外电场作用下初始粒径分布符合R-R分布,同一粒径的颗粒荷电量符合Boltzmann平衡电荷分布的荷电颗粒的凝聚。结果表明:荷电颗粒群经历外电场作用下的凝聚过程后,其粒径分布仍然保持R-R分布状态,只是平均粒径加大,粒径分布更加集中;同一粒径的颗粒荷电量仍然保持Boltzmann平衡电荷分布。静电除尘器各电场间增加凝聚场以降低燃煤锅炉可吸入颗粒物污染是可行的。     

外电场作用下R-R分布的荷电颗粒的凝聚

静电除尘器中入口飞灰颗粒群的粒径分布一般符合R-R分布。该文采用分段数值模拟的方法,将控制方程在计算域内按照质量和荷电量离散,研究外电场作用下初始粒径分布符合R-R分布,同一粒径的颗粒荷电量符合Bo ltz-m ann平衡电荷分布的荷电颗粒的凝聚。结果表明:荷电颗粒群经历外电场作用下的凝聚过程后,其粒径分布仍然保持R-R分布状态,只是平均粒径加大,粒径分布更加集中;同一粒径的颗粒荷电量仍然保持Bo ltzm ann平衡电荷分布。静电除尘器各电场间增加凝聚场以降低燃煤锅炉可吸入颗粒物污染是可行的。     

块石胶结充填颗粒离析机理

通过建立块石颗粒采场运动模型得到充填后采场的块石颗粒离析分布状态。该模型将颗粒的运动分为2个阶段,通过力学分析得到颗粒在关键节点的运动状态,最终得到颗粒水平运动距离的解析表达式。采用此模型对影响离析的相关因素进行分析计算。计算结果表明:通过调整块石最大粒径和充填井倾角等参数,可以达到控制块石颗粒离析程度的目的。研究结果可以应用于矿山块石充填技术的研究。     

常压吸附流化冷冻干燥过程的理论分析

为探索节能型的冷冻干燥方式,进行了在常压下利用流化床中吸附剂吸附水分同时放出热量实现冷冻干燥的研究.以粒状物料为例,建立了球坐标下常压冷冻干燥的传热过程理论模型,计算了物料干燥过程中的温度和升华界面的移动距离,并对床温、物料尺寸和吸附剂粒径等影响因素进行了理论分析.实验测量了物料内的温度分布变化,验证了数学模型的可靠性.结果表明,通过适当提高床温、采用小尺寸物料和吸附剂,可以提高干燥速率.     

深水气井测试水合物临界沉积粒径及敏感因素

针对水合物颗粒与管壁之间的浸入态与非浸入态两种情况,分析水合物颗粒形成后影响沉积的黏附力和拖曳力因素,建立水合物颗粒沉积过程中的力学模型,在此基础上提出以固固黏附力为主作用力、不发生滚动移除为基本准则的水合物颗粒临界沉积条件判别方法;结合深水气井测试实际工况,分析温度、压力、气相产量、液相产量、流通管径等参数对水合物颗粒移除力矩与黏附力矩的影响。结果表明:水合物颗粒在沉积过程中存在临界粒径,水合物颗粒粒径小于临界粒径时可进一步沉积,否则会在外力作用下被移除;随着温度、气相产量增加,水合物颗粒沉积粒径减小,而压力、液相产量、流通管径增加,水合物颗粒沉积粒径增大;气相产量对水合物临界沉积粒径影响占主导因素。     

木质素热裂解特性及动力学研究

利用热重分析仪与气相色谱/质谱联用仪(TG-GC/MS)对木质素进行了动态升温热裂解研究。利用傅里叶变换红外光谱仪分析木质素微观结构,得到不同升温速率下的热重曲线,研究表明,木质素高温热裂解可以分为3个阶段,分别为干燥失水阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;随着升温速率的增加,各个阶段的最大失重率所对应的温度均向高温侧轻微移动,并且失重程度也随之增加;升温速率对木质素热裂解挥发分析出阶段机理模型的选择没有影响,其热裂解反应机理是一级反应控制机理,木质素热裂解挥发分析出阶段在不同升温速率下的表观活化能为54~63 k J·mol-1;对TG-GC/MS的联用提出了新的见解,设计加装了空气驱动阀,获得了主要热裂解气体产物CO,CO2,CH4和H2在不同温度下的析出规律。