电除尘器内转炉煤气爆炸与泄爆过程的数值模拟

转炉煤气在回收利用时需要使用电除尘器对其进行除尘处理。针对转炉煤气在混入氧气的情况下极易发生爆炸的特性,在改变初始压强、初始温度、氧气浓度及泄爆阀直径等参数的条件下,对转炉煤气爆炸与泄爆过程中压强、温度等发展特征进行了理论分析及数值计算。结果表明:氧气浓度对爆炸过程的影响最大,向后依次为初始温度、初始压强,温度发展速率高达7.5×10~5K/s,压强发展速率达到123 MPa/s;最大爆炸压强与初始压强呈线性增长的关系,但随初始温度的增加而迅速下降;泄爆过程中,泄爆阀直径越大泄爆效率越高,当直径为1 400 mm时,泄爆时间为1.07 s;综合考虑泄爆阀的泄爆能力和经济性,采用3个直径为1 200 mm的泄爆阀效果最好。数值模拟结果为转炉煤气用电除尘器净化中泄爆阀的设置提供了依据。     

CaO中高温脱除HCl的特性试验研究

为在中高温下脱除垃圾焚烧烟气中的HCl,在不同初始HCl浓度(450~1 500 mg/m3)、反应温度(300~700℃)以及吸附剂粒径(0.15~2 mm)条件下对CaO脱氯特性进行了试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对反应过程中的CaO颗粒进行分析.试验结果表明:随初始HCl浓度的减小,CaO对HCl的吸附能力升高,当HCl浓度为750 mg/m3时CaO转化率最高(12.20%),浓度继续减小,CaO转化率不变;随着反应温度升高,CaO转化率呈现先上升后下降的趋势,并在400℃达到峰值;CaO对HCl的吸附能力随粒径的减小而增加,当粒径范围从1~2 mm减小到0.150~0.355 mm时,CaO转化率提高7.78%.由SEM和EDS可见,未反应的CaO表面疏松多孔,随着与HCl反应的进行,颗粒结构变得致密且表面逐渐被反应产物CaCl2所覆盖,当颗粒表面完全被产物层包裹时吸附剂失效.     

含氧燃料添加对引燃式天然气发动机细颗粒排放的影响

为了降低柴油引燃天然气发动机的颗粒排放,在改装的柴油机上试验研究了含氧燃料碳酸二甲酯(DMC)添加对柴油引燃天然气发动机燃烧和颗粒排放的影响。通过对比分析不同的含氧燃料掺混比下的燃烧参数和颗粒排放特性发现:随着引燃燃料中DMC掺混比的增大,引燃燃料中含氧量(氧的质量分数)的不断增加,滞燃期逐渐推迟,初始燃烧放热率峰值增大,初始燃烧期逐渐延长,总燃烧持续期不断缩短;柴油引燃天然气发动机的颗粒排放呈现单峰分布,随着引燃燃料中含氧量的增加,颗粒数量浓度峰值粒径向大颗粒粒径方向移动,颗粒的数量浓度和质量浓度同时减小,当引燃燃料中含氧量达20%时,颗粒质量浓度降幅达70%,颗粒数量浓度降幅达86%。因此,引燃燃料中添加含氧燃料DMC是一种降低柴油引燃天然气发动机颗粒排放的有效方法。     

煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷的影响

参照GB13813搭建了旋转摩擦实验装置,研究摩擦火花引燃甲烷、空气与煤粉混合物的规律.通过高速摄像机和红外热像仪,确定A3钢和钛金属棒在连续摩擦过程中引燃甲烷与空气混合物的是摩擦撞击产生的钛金属火花,而非摩擦热接触面.分别选取三种粒径的褐煤、烟煤和无烟煤粉尘样品,测试煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷与空气混合物的影响规律,发现加入煤粉后甲烷空气混合物着火延迟时间较长.对于同类煤粉,粒径越小爆炸延迟时间越长.对于同一粒径的三种煤粉,着火延迟时间由长到短依次为褐煤、无烟煤、烟煤,其规律与煤粉含水量的多少一致;但未发现和煤挥发分有明显关系.     

煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷的影响

参照GB13813搭建了旋转摩擦实验装置，研究摩擦火花引燃甲烷、空气与煤粉混合物的规律.通过高速摄像机和红外热像仪，确定A3钢和钛金属棒在连续摩擦过程中引燃甲烷与空气混合物的是摩擦撞击产生的钛金属火花，而非摩擦热接触面.分别选取三种粒径的褐煤、烟煤和无烟煤粉尘样品，测试煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷与空气混合物的影响规律，发现加入煤粉后甲烷空气混合物着火延迟时间较长.对于同类煤粉，粒径越小爆炸延迟时间越长.对于同一粒径的三种煤粉，着火延迟时间由长到短依次为褐煤、无烟煤、烟煤，其规律与煤粉含水量的多少一致；但未发现和煤挥发分有明显关系.     

石灰石闪速加热高温煅烧过程中的CO_2逸出行为

在大功率碳管炉内模拟利用转炉余热闪速加热高温煅烧石灰石的工艺过程,研究煅烧温度(1200~1500℃)和石灰石粒径(4~27.5mm)对石灰石颗粒在高温热分解过程中CO_2逸出行为的影响。结果表明,石灰石粒径一定时,煅烧温度越高,CaCO_3分解初期逸出CO_2的速率越大,达到CO_2逸出速率最大值的时间也越短;煅烧温度一定时,石灰石粒径越小,CO_2逸出速率曲线峰值越高,到达曲线峰值的时间也越短。煅烧温度不超过1300℃时,随着石灰石粒径的增大,试样转化率和CO_2逸出速率的变化明显放缓;而煅烧温度达到1350℃后,粒径对CO_2逸出速率的影响较小。在1500℃煅烧温度下,经过400~445s,不同粒径石灰石颗粒的分解转化率均已接近100%。     

火灾烟颗粒粒径分布变化模拟研究

实验测量5种标准火烟颗粒分布变化,联合Moment法和FDS对火灾烟雾运动的模拟,实现烟颗粒粒径分布动态变化的预测.对正庚烷试验火(TF5)烟雾颗粒分布模拟中,烟颗粒数总浓度的衰减趋势与实验结果一致,比不考虑凝并和凝并系数为定值时的结果更合理.模拟烟颗粒几何平均粒径缓慢增长,分布展宽,在前300s内,粒径分布参数变化很小,呈自保趋势,与实验一致.烟颗粒的凝并速率对初始几何平均粒径、初始总浓度和不规则的形貌更敏感,烟颗粒数浓度的衰减随凝并系数增大而加快.热释放速率和初始烟颗粒几何平均粒径的确定决定烟雾浓度的量级和预测的准确性.     

明胶辅助-高温固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高电压正极材料

以醋酸盐为原料,分别在4个不同煅烧温度条件下,采用明胶辅助-高温固相法制备获得尖晶石型Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料,通过XRD、SEM、FT-IR和充放电循环考察了这4种产物的组成结构、颗粒形貌和电化学性能.结果表明:随着煅烧温度升高,材料的结晶度相应提高,初始放电比容量逐渐增大,样品的最大初始放电比容量为137 m Ah/g.经600℃退火处理的材料的粒径尺寸增大,空间群结构转变为Fd3m相和P4332相同时并存,循环稳定性和小倍率放电能力也随之得到改善,而900℃煅烧的材料则在高倍率下表现出较优的容量保持率.     

煤加压低温热解制取焦油和煤气特性

为了提高煤在分级转化中的高效洁净利用,建立了煤加压热解实验系统.以陕西黑龙沟煤为对象,研究了不同温度(500~700℃)、压力(0.1~0.5 MPa)、气氛(N2与煤气)、粒径(0~3mm与0~6 mm)对低温热解焦油、煤气产率和品质的影响规律.结果表明,随着温度升高,焦油产率先增加后减小,在温度为600℃时达到最高,煤气产率逐渐增加.随着压力的增加,焦油产率在N2气氛下降低,煤气气氛下升高;而热解煤气产率在N2气氛下升高,煤气气氛下降低;大颗粒煤热解焦油产率高于小颗粒煤的热解产率,但当压力达到0.5 MPa时,热解焦油与煤气产率几乎不受粒径影响.升高压力虽降低了热解煤气中CO与H2的含量,但促进更多轻质碳氢化合物(如CO2,CH4,C2H4,C2H6)的析出,因此提高了热解煤气热值,同时煤焦油品质也因焦油中苯、甲苯、苯酚及萘的实际收率增加而提高.     

高温下掺氢天然气层流预混火焰传播特性

利用本生灯-纹影系统及CHEMKIN-PRO对高温下掺氢天然气层流预混火焰传播速度进行实验及数值模拟研究,并从热力学及化学动力学效应方面讨论了初始温度对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响.结果表明:GRI-3.0机理能较准确地预测293~500K条件下的掺氢天然气层流预混火焰传播速度;在相同初始温度下,混合物层流预混火焰传播速度在高掺氢比时增幅更显著;在相同当量比下,混合物层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度随初始温度的升高呈近线性增加;高温下,H自由基浓度的增大进一步增强了H+O₂=O+OH对整体燃烧反应的促进作用,使混合物层流预混火焰传播速度显著加快.     

铝热剂中铝粉保护膜受热失效的实验研究

对铝热剂中铝粉保护膜受热失效机制进行了实验研究.在空气中加热铝粉,铝粉柱电阻由无穷大降至金属级,500℃和600℃附近点为2个突降域;温度430℃时铝粉形貌变化微小,670℃时已完全破裂;铝热剂粉末在600℃加热后仍为粉末,700℃加热后凝结为坚固的块体.实验结果表明,铝热剂中粒径约30μm铝粉的保护膜在约100℃时已被胀裂,500℃时因膜的相变收缩使开裂程度陡然加剧而部分失效;铝熔化后保护膜完全失效,铝液流动铺展到相邻铝粉和氧化铁粉表面.     

六棱柱滚筒冷渣机传热效率影响研究

冷渣机是CFB（circulating fluidized bed）锅炉的重要辅机,其传热效率对CFB锅炉的连续稳定运行发挥着重要作用,为了进一步分析颗粒传热效率的关系。以一种多管式六棱柱滚筒冷渣机为研究载体,冷渣管内高温灰渣颗粒为研究对象,基于离散元方法及其数值模型,运用商用软件EDEM（extended discrete element method）来模拟分析高温灰渣颗粒在冷渣管内的传热过程。将颗粒温度T规范化处理为量纲温度T?,以平均温度、温度概率密度函数T-PDF和颗粒运动规律为指标定量分析滚筒转速和颗粒直径对灰渣颗粒传热过程的影响。其中,六棱柱冷渣管边长L=200 mm,长500 mm,壁厚10 mm,管初始温度360 K,颗粒初始温度1200 K。结果表明：颗粒的传热效率随着转速的增加而增加,n=10 r/min相对于n=4 r/min的散热效率增加了61.1%;颗粒的传热效率随着粒径的增大而减小,d=5 mm相对于d=3 mm散热效率的下降了30.7%。转速是通过翻转次数来影响传热效率,粒径是影响接触点碰撞次数来影响传热效率。     

中国油页岩粉尘爆炸特性实验研究

为掌握中国油页岩粉尘爆炸特性,利用标准测试装置对国内4个主要矿区的油页岩样品进行了粉尘着火敏感度及爆炸猛度实验研究,并和煤粉尘的爆炸特性进行了对比分析.结果表明,粉尘层最低着火温度为240~280℃,粉尘云最低着火温度为440~560℃,与烟煤热引燃敏感性近似;油页岩粉尘云最小点火能为0.2~16 J,分布范围较宽,其大小与样品挥发分含量负相关;粉尘爆炸下限为200~225 g/m3,高于烟煤;爆炸猛度在300~2 500 g/m3质量浓度范围内表现先增后减的趋势,最大值为烟煤的2/3.研究结果对了解中国油页岩粉尘爆炸危险性、选择工艺防爆方法具有参考价值.     

注空气管内原油蒸气爆炸过程数值分析

 在注空气采油生产过程中,必须高度重视可燃油蒸气的爆炸问题。本文借助AutoReaGas气体爆炸模拟软件对注空气管内原油蒸气在高压状态(30MPa)不同初始温度下发生爆炸的过程进行了数值模拟。结果表明,爆炸产生的超压可达450MPa,温度可达2400K,会对油管和井口采气树等设施造成严重破坏;管内爆炸超压值与初始温度关系密切,在爆炸冲击波与反射波未叠加前,初始温度升高会导致爆炸超压的下降,在叠加区域内爆炸初始温度升高会导致爆炸超压的明显升高,750m远处压力基本不再变化;初始温度对爆炸温度影响甚微,初始压力为30MPa时,无论初始温度多大管内温度在距井口600m以后都恢复到初始温度。分析可知,爆炸只会造成充气区域及其附近管段内压力和温度急剧升高,对远场作用不明显。     

电火花作用下粉尘云着火的延迟时间

为确定粉尘云在电火花作用下的着火敏感性,以钛粉为研究介质,通过以电火花能量释放速率为源项的气-粒两相能量守恒方程建立模型,获得了电火花作用下放电火花能量、粉尘粒径、环境氧体积分数、环境温度及湍流程度对粉尘云着火延迟的影响规律.结果表明:粉尘粒径大小对着火延迟的影响最大,越小的颗粒其着火越迅速;环境温度比室温高50~100K时,粉尘着火延迟时间显著缩短;湍流会加速颗粒间换热速度,缩短着火延迟时间;点火能量与环境氧浓度对着火延迟的影响较小.通过模拟计算扩展了实验研究,也为相关粉尘爆炸预防工作提供理论依据.     

铜粉粒径对烧结式热管传热性能的影响

为了进一步优化烧结式吸液芯的结构,提高热管的热传导性能与效率,研究了外径分别为5、6、8mm和吸液芯厚度为0.5～0.6 mm的热管的传热特性,结果发现:铜粉粒径分布比较集中时,如果其平均粒径增大,吸液芯的孔隙率和热管的极限传输功率(MHTP)均会增大,热管的冷凝端温差及总热阻则略微减小;不同粒径范围的铜粉混合时,热管的冷凝端温差及总热阻在不同外径的热管内的变化规律不同;含70%小粒径铜粉的烧结式热管的MHTP最小,且粒径越小MHTP越低;含70%大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP仅次于全部为大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP;铜粉粒径的范围越小,热管的性能越优,平均粒径为(165±15)μm的铜粉适合于制作薄壁烧结式热管.     

7050合金电流均匀化过程中的温度分布

研究了电流、风机频率、冷却水和辅助加热对7050合金均匀化过程中温度场分布的影响.结果表明:单纯施加电流时,试样心部及表面温度分布十分不均匀.电流为1500A时,试样中心点处温度只能达到402℃.在电流加热过程中采用吹风方式,心部与表面温差为79℃.采用辅助加热后,心部与表面温差小于±5℃.利用ANSYS建立的温度场数学模型,预测电流为16000A、尺寸为100mm×200mm×2000mm试样的中心点心部温度为324℃,心部与表面温差为1℃.在铝合金均匀化过程中,施加1000A电流,可有效促进晶界残余相的溶解.     

EPDM阻燃热防护材料在锂离子电池热失控中的研究

研究了三元乙丙橡胶（EPDM）阻燃热防护材料配方中的阻燃剂、厚度对其性能的影响,以及在锂离子电池中的应用效果.结果发现具有阻燃配方的EPDM的背面温度低于未加阻燃剂的EPDM,随阻燃剂的加入和样品厚度的增加,EPDM的背面温度降低、阻燃性能提高.在火源温度为500℃的条件下,厚度为3,6 mm加阻燃剂的EPDM的稳定温度分别为185.1,165.7℃.选用厚度3 mm的阻燃EPDM作为锂电池组的热防护材料,电池热失控过程中仅1块电池发生爆炸,而未进行热防护的电池组中共有5块电池相继发生爆炸.以电池组为中心,在无热防护的锂电池组燃烧爆炸实验时,距电池组半径30 cm处圆形区域温度均受到电池燃烧爆炸的影响而达到高达300℃的高温,属于十分危险的范围;而在使用EPDM热防护材料对锂离子电池进行防护后,此区域的温度在20~28℃之间浮动,属于十分安全的温度范围.      

微米和纳米钛粉尘层着火蔓延特性研究

为了解微细钛粉的层火灾危险性,采用标准热板测试装置和自制的粉尘层火蔓延实验装置,研究了微米和纳米钛粉尘层最低着火温度和火蔓延速率变化规律,并验证了热爆炸理论模型和粉尘层火蔓延速率模型的适用性.结果表明:钛粉尘层最低着火温度随粒径减小而降低,33μm钛粉和60~80nm钛粉的粉尘层最小着火温度分别为>400℃和230℃,与Thomas模型计算结果基本吻合;钛粉的层火灾危险性受粒径影响较大,实验测得微米和纳米钛粉的粉尘层火蔓延速率分别为13.60和500.57mm/s,均大于理论模型计算结果.研究结果对微细钛粉的层火灾安全评价和工业防火防爆设计具有参考价值.