基于随机孔模型下的单颗粒多孔焦炭富氧燃烧特性

针对多孔焦炭颗粒富氧气氛中燃烧时,反应气体在颗粒孔结构中的扩散传质,内外表面上氧化还原的化学反应,孔隙结构变化等这些过程的分析,建立了以改进的随机孔模型为基础的物理和数学模型。研究了在不同浓度、温度下焦炭颗粒燃烧时,孔内化学反应速率、反应气体内扩散浓度和颗粒转化率等参数随内径的变化特性。结果表明,在研究工况的过渡控制区(1 200 K),氧化反应速率比还原反应速率高达3个数量级,随着氧浓度的增加,颗粒内部转化率变化率的拐点内移。     

微型流化床中煤富氧燃烧特性

为了研究流化床锅炉中煤的富氧燃烧反应,将微型流化床反应分析仪和过程质谱仪(MFBRA-MS)联用,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,采用相对定量方法计算CO₂浓度,研究了反应气氛、煤种等因素对煤粉在流化条件下快速燃烧反应动力学的影响.揭示了反应全过程中动力学参数的变化规律,并与热重条件下的实验结果进行对比,同时对主要气体产物的生成特性进行了跟踪和分析.结果表明,烟煤的活化能小于无烟煤,随着O₂浓度的提高,煤富氧燃烧的活化能减小;相同氧浓度下,煤粉在O₂/CO₂气氛中燃烧活化能大于O₂/Ar气氛;微型流化床中煤燃烧反应的活化能显著小于类似反应条件下热重分析获得的燃烧活化能.温度升高会缩短反应响应时间并使最大反应速率值增大,此时对应的转化率也增大.温度小于650℃不适宜煤粉燃烧,此时CO产量增加.O₂浓度升高,CO₂、NO_x产量增加.相同条件下,煤粉在O₂/CO₂气氛中燃烧污染...     

煤颗粒固定床加压富氧燃烧特性及污染物生成试验研究

为研究煤加压富氧燃烧及其污染物生成特性,建立了加压水平管式炉富氧燃烧实验系统.以山西浑源烟煤为实验原料,探究了不同燃烧压力(0.1～0.9 MPa)和不同气氛(空气以及O_2浓度分别为21%,26%,31%,36%,41%的O_2/CO_2气氛)对煤加压富氧燃烧过程的燃烧特性以及污染物生成的影响.结果显示,与空气燃烧相比,O_2/CO_2气氛下煤燃烧时间增加;随着O_2浓度的增加,煤燃烧时间缩短;升高反应压力,煤燃烧速率增大且增幅逐渐减小;随着反应压力的提高NO_x生成量逐渐减少,O_2/CO_2气氛下NO_x生成量小于空气气氛下NO_x生成量,随着O_2浓度增加,NO_x生成量增加;压力升高导致SO_2生成量明显减少,O_2/CO_2气氛下SO_2生成量小于空气气氛下SO_2生成量,SO_2生成量随着O_2浓度增加而增多.     

煤流化床加压富氧燃烧过程的动态特性

为全面深入地了解流化床加压富氧燃烧过程动态特性,建立了流化床加压富氧燃烧过程动态模型,充分考虑了燃烧气氛和燃烧压力改变对炉内燃烧以及烟气组成的影响.基于该模型分别研究了送风氧浓度、燃烧压力以及燃煤量改变时,炉内床温和烟气中各组分体积分数的动态响应,并对其在不同氧浓度和燃烧压力下的响应特性进行研究.研究结果表明,氧浓度、燃烧压力以及燃料量阶跃增加10%会引起炉内床温升高,其中密相区响应速度更快;同时,烟气中各组分体积分数在不同参数扰动下响应各异,主要受到此时炉内燃烧状况以及对应的风量、燃料量改变的影响.此外,床温和烟气中CO₂体积分数在压力以及氧浓度突然增加时的动态响应分别在高氧浓度、高燃烧压力下更明显,响应速度更快.整个变化过程中,烟气中CO₂体积分数为90%左右,烟气中O₂体积分数在8%以下.研究所得相关动态响应规律可对后续控制系统设计及优化提供参考与依据.     

基于多孔介质模型的低质燃气燃烧排放特性数值模拟

为了研究多孔介质体应用于锅炉设备中的燃烧排放特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/二氧化碳(1∶4)预混低质燃气在2.8 MW的热水锅炉中燃烧的单步反应模型。通过Fluent软件进行数值模拟,对比分析了多孔介质体的材料、安装位置及孔隙率对燃烧特性的影响,得出了燃烧温度分布以及燃烧排放物分布变化云图。研究结果表明,多孔介质材料选为碳化硅、孔隙率选为0.5、多孔介质体安装在800mm处,更有利于锅炉的燃烧。     

煤焦O_2/CO_2燃烧特性的改进离散随机孔模型解析

以小龙潭褐煤和焦作无烟煤作为研究对象,采用热重分析仪对煤焦的O_2/CO_2燃烧特性进行研究.以燃烧过程中煤焦颗粒反应速率与孔隙表面积之间的关键关系为切入点,对燃烧过程中非常小时间微元内的焦颗粒有效反应面积进行修正,并采用微元分析法求解随机微分方程,最终建立了预测煤焦O_2/CO_2燃烧特征的改进离散随机孔模型,并将此模型用于分析不同温度下小龙潭褐煤焦和焦作无烟煤焦的O_2/CO_2燃烧特性.通过与现有离散随机孔模型的比较发现,所提出的改进离散随机孔模型在整个燃烧阶段均能够得到较好的预测结果,而离散随机孔模型在燃烧后阶段的预测值与热重实验数据有较大偏差.     

低气压富氧环境对典型织物燃烧特性的影响

室内富氧可满足人们在高高原地区的补氧需求，同时也会带来额外的火灾隐患。该文模拟高高原低压富氧环境，研究低气压下(60.5 kPa)不同氧浓度(21.0%、 27.0%、 33.0%和39.0%)对室内典型织物——纯棉和涤纶燃烧过程的影响，分析了织物火焰形态、点燃时间、质量损失速率、热释放速率和总热释放量等燃烧核心参数的变化。实验结果表明：在低压常氧环境下，纯棉和涤纶的点燃时间分别缩短了3.6%和7.8%,有焰燃烧时间分别增加了46.8%和197.0%,涤纶熔滴燃烧时间增加了3.0倍。随着氧浓度增大，2种材料的点燃时间、质量损失速率的达峰时间和热释放速率达峰时间均缩短，火焰高度有所增加，质量损失速率峰值和热释放速率峰值均大幅增加。涤纶燃烧效率提高了68.1%,总热释放量增加了1.2倍，且熔滴燃烧时间增加了3.1倍，纯棉燃烧变化则不明显。若以热释放速率峰值作为火灾危险性的判断依据，则织物在气压为60.5 kPa、氧浓度约为30.0%的条件下燃烧与在常压常氧下燃烧发生火灾的危险性相当。     

国际流化床富氧燃烧会议

<正>由东南大学主办的国际流化床富氧燃烧会议于2014年11月5~7日在东南大学举行。煤炭作为一种常规能源,一直以来在我国的能源消费结构中占据主导地位。迫于巨大的环境保护压力,燃煤电厂CO2排放问题亟待解决。其中,碳捕集和封存技术之中的富氧燃烧技术由于其在操作性和成本上的相对优势已成为研究者们关注的重点。本次会议由东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室主办,会议主题包括流化床富氧燃烧     

循环流化床锅炉焦炭颗粒燃烧机理研究

以循环流化床锅炉飞灰为研究对象,分析了飞灰的粒径和含碳量分布,并利用扫描电子显微镜观察了不同粒径飞灰的微观形貌。结果表明,循环流化床锅炉飞灰中碳的质量分数最高的区域分布在38~58μm、90~120μm和大于150μm的粒径段,具有峰值特征;且循环流化床锅炉焦炭颗粒的燃尽与燃烧室温度、颗粒的孔隙结构及旋风分离器的性能关系密切。     

玻璃熔窑富氧燃烧的计算

本文导出了油重及天然气在富氧条件下燃烧的一些计算方程,并用热平衡方法分析了富氧燃烧对玻璃熔窑的影响。指出了对低热值的燃料及热回收系统工作效率较低的熔窑,采用富氧燃烧会收到明显的效果。     

利用Voronoi随机模型研究多孔材料的动态特性

利用生成的Voronoi随机模型,结合有限元分析方法详细研究了多孔材料在x1-x2平面内冲击载荷作用下的动态特性。模拟结果发现,Voronoi模型并不出现像规则蜂窝模型一样的“X”和“V”形的变形。在冲击速度比较小的时候,出现几条局部变形带;在冲击速度比较大的时候,局部变形带并不明显,在冲击面端出现了“I”形的变形。同时进行了模型的敏感性、各向同性性质的研究,确定了研究模型的规模,还进行了细观参数的研究（包括冲击速度、不规则度、相对密度等）。结果表明,在给定相对密度的情况下,多孔材料在某一不规则度k值的范围内,具有较高的平台应力、密实化应变能。同时发现,应用Voronoi模型描述的多孔材料是应变率敏感材料,尽管母材是理想弹塑性材料。     

基于热分析动力学的烧结用焦炭颗粒燃烧数值模拟

基于烟气循环烧结中氧体积分数降低抑制了燃料燃烧,焦炭细化可显著改善整体燃烧效率,是烧结工艺极具潜力的节能增产措施,采用缩核模型,模拟贫氧率和粒度对焦炭颗粒燃烧特性的影响。焦炭的着火温度ti、不完全燃烧系数κ、燃烧反应焓ΔH等燃烧特性参数采用热重实验确定,焦炭燃烧的本征活化能E和指前因子A通过Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算。研究结果表明:空气气氛中,焦炭颗粒的ti约为550℃,κ为1.128~1.333,对应的ΔH则为28.810~31.640 MJ/kg,E约为137.156 k J/mol;ti基本上不随实验条件变化,κ随着氧体积分数的降低显著增大,E则略减小;焦炭颗粒的最高燃烧温度约为1 560 K,燃烧速率随着灰层厚度的增加逐渐降低;当颗粒粒度增大或氧体积分数降低时,燃烧效率显著下降,且前者影响更大;考虑采用烟气循环,当焦炭细化效率达到1.33时,可保证整体燃烧效率不比传统烧结的低。     

冲天炉熔炼条件下的焦炭燃烧特性

对冲天炉熔炼条件下的焦炭燃烧特性进行了较为深入的剖析。从物理、化学、燃烧理论等角度论证了优质焦炭对提高铁水质量的重要性,建立了燃烧态下焦炭化学反应的物理模型,讨论了冲天炉熔炼条件下的焦炭燃烧的动态特性。     

半焦富氧燃烧扩散效应研究

为探究富氧燃烧条件下半焦的燃烧特性,研究扩散效应对实验中半焦燃烧的影响,采用热重分析法探讨了扩散对半焦富氧燃烧特性的影响和相应的动力学分析,并对反应中的氧气扩散速率建立数学模型以进行分析。采用改变气氛、坩埚高度、坩埚直径和半焦质量的方法,研究了不同内外扩散速率条件下的半焦燃烧特性。热重实验结果表明:减小燃烧反应中的外扩散行程、增大半焦表面与氧气接触面积、减小半焦床层厚度、提高反应气氛氧含量,都能使扩散阻力减小,氧气扩散速率提高,燃尽温度降低,平均反应速率增大,燃烧特性指数提升,表观活化能增加,燃烧特性变好。实验结果可为半焦富氧燃烧利用和扩散效应的研究提供理论参考。     

单颗粒煤/氧反应动力学分形模型推导

在多孔介质缩核反应模型基础上,运用分形理论建立了单颗粒煤/氧反应体系的分形动力学模型.分别推导吸附膜控制、氧化煤层扩散控制和表面反应控制3种状况下的反应时间和转化率表示的动力学方程.分析了煤粒的表面分形维数对反应过程的影响.结果表明煤粒表面分形维数越大,反应时间越短,氧化效率越高.对模型的推广和应用进行了讨论,针对不同的体系,只需对边界条件和体积单元稍加变化,即可适用于大多数多孔分形介质的气-固反应.     

基于化学链制氧的加热炉富氧燃烧系统构建及分析

基于化学链制氧原理构架了加热炉富氧燃烧系统,以解决富氧燃烧氧气来源问题.通过对Co₃O₄氧解耦特性的研究,分析构建系统的可行性.结果表明:Co₃O₄释氧反应平衡氧的体积分数随温度升高而急剧增大,当反应温度为900℃时,平衡氧的体积分数为29.6%;烟气中CO₂,H₂O等成分不会对Co₃O₄释氧过程产生影响;随Co₃O₄与烟气物质量的比的增大,烟气中氧气的体积分数逐渐增大,当物质量的比为1∶1时,950℃下氧气的体积分数可达24.5%;考虑实际生产过程,产量为32t/h的蓄热式轧钢加热炉,富氧率为4%时,Co₃O₄填充量为3.4t.     

单颗粒煤／氧反应动力学分形模型推导

在多孔介质缩核反应模型基础上，运用分形理论建立了单颗粒煤／氧反应体系的分形动力学模型。分别推导吸附膜控制、氧化煤层扩散控制和表面反应控制3种状况下的反应时闻和转化率表示的动力学方程。分析了煤粒的表面分形维数对反应过程的影响。结果表明煤粒表面分形维数越大，反应时间越短，氧化效率越高。对模型的推广和应用进行了讨论，针对不同的体系，只需对边界条件和体积单元辅加变化。即可适用子大多数多孔分形介质的气—固反应。     

富氧燃烧静力学计算式的归纳

本文以分析计算法为基础,归纳出富氧燃烧的静力学简化算式。     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响.以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体(O2/N2)在3种不同氧气体积百分数(21％,23％,27％)工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟.模拟得到3种工况下:炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度.模拟结果表明:随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率.