循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析

对城市生活垃圾循环流化床焚烧炉炉内冷态流场及生活垃圾颗粒冷态分层特性进行了数值模拟.结果表明:密相区和稀相区的流场存在较大差异,密相区u、v、z值较稀相区大得多,湍流强度大,扰动强烈;稀相区流场横向扰动很弱.不同粒径的垃圾颗粒在炉内存在明显的分层现象,流化风速1.5～2 m/s时,小于1 mm的垃圾颗粒集中在炉膛上部,大于5 mm的垃圾颗粒沉积到炉膛底部.风速从0.8 m/s增加到2 m/s时,风速越小、粒径差异越大,分层越明显.随着风速的增加,不同粒径垃圾颗粒分布趋于均匀,分层现象减弱.当风速小于1 m/s,炉内整体流态化及循环状况较差,1.5～2 m/s的流化风速对生活垃圾流化床较为适合.     

流化床反应器内活性焦流动特性的模拟研究

本文基于双流体模型,对二维流化床反应器内活性焦在不同操作条件下的流体动力学特性进行了数值模拟研究。模拟结果发现,低气速高进料量条件下的管内压降最大,反应器内压降随管内固相容积份额的增加而增加。活性焦在反应器内的轴向固含率呈现出下浓上稀分布,证明了流化床内固相分布的不均匀特性。颗粒轴向平均速度受表观气速影响较大,流化床底部的颗粒速度较低,在气体夹带作用下沿床高方向逐渐增大。因此,设置合理的操作参数(表观气速和固体循环量),对提高流化床内的气固反应效率具有重要意义。     

循环流化床锅炉气固两相流动特性的试验研究

对影响循环流化床气固两相流动特性的因素进行了试验研究。结果表明,在循环流化床内存在着两个界限很明显的区域:下部的密相区和上部的快速区;在快速区内部分颗粒均匀地悬浮在上升气流中,另一部分形成颗粒团,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内颗粒浓度分布比较均匀;循环流化床内,床层密度在底部较大,风速增加,床层密度下降。     

固硫灰渣中无水石膏水化产物研究

流化床燃煤固硫灰渣（以下简称固硫灰渣）中无水石膏水化产物的种类及特性对灰渣的资源化利用有较大影响.采用XRD、SEM和EDS分析技术研究固硫灰渣中无水石膏的水化产物,结果显示：无水石膏水化可生成二水石膏和钙矾石;固硫灰渣水化浆体中的二水石膏结晶形态比较相似,几乎全部呈块状或柱状;不同固硫灰渣水化生成的钙矾石为粗大或细小的晶体,长度尺寸差异较大.研究表明：固硫灰渣水化浆体中钙矾石的结晶形态主要取决于游离氧化钙的含量,而二水石膏的结晶形态与游离氧化钙的含量关系不大.     

双室流化床煤气化炉的密相循环特性

建立了双室并列流化床煤气化炉密相循环理论模型，推导了计算两床间颗粒循环量的表达式，对密相循环技术进行了实验研究；分析和讨论了影响密相循环的因素及其操作条件，模型计算值与实验值吻合较好，为双室流化床煤气化炉的设计和操作提供了理论依据．     

双室流化床煤气化炉的密相循环特性

建立了双室并列流化床煤气化炉密相循环理论模型，推导了计算两床间颗粒循环量的表达式，对密相循环技术进行了实验研究；分析和讨论了影响密相循环的因素及其操作条件，模型计算值与实验值吻合较好，为双室流化床煤气化炉的设计和操作提供了理论依据。     

工业聚乙烯流化床的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的数值模拟方法,对工业级聚乙烯流化床内的气固流动特性进行了冷态模拟,并利用Matlab的图像处理功能将图像的像素点与模拟网格进行对应来计算流化床内的气泡大小。从流化床流动结构、颗粒、气泡3个角度,研究了不同气速、不同初始物料量对工业级聚乙烯流化床的气固流动特性的影响。结果表明：从颗粒的轴径向分布情况可以看出,工业流化床内部的边壁效应明显较弱,密相区整体呈现较为均匀的颗粒分布;气速对于流化床气固流动的影响较大,当气速为0.46 m/s时,流化床内密相区的颗粒分布最为均匀,整体的流动较好;初始床层高度主要影响流化后密相区的高度,对于床层膨胀率的影响较小。     

卧式循环流化床锅炉燃烧的数值模拟

以清华大学专利技术"卧式循环流化床锅炉"为研究对象,用数值模拟的方法计算了炉内的流动和燃烧。以RNG k-ε模型模拟炉内湍流流动,用气固阻力分析模型描述气固两相相互作用,用单收缩核模型模拟炉内燃烧反应,并将数值计算结果与试验数据进行了比较,验证了所用模型的适用性及兼容性。数值模拟结果表明:1.5∶1的一二次风比率较适宜锅炉运行,床温的变化滞后于给料量的变化。该研究可以指导卧式循环流化床锅炉的设计和运行。     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

同步还原焙烧法降低循环流化床固硫粉煤灰三氧化硫并回收铁精矿实验

以重庆安稳电厂高烧失量、高SO3和铁质量分数的循环流化床固硫粉煤灰为例,运用同步还原焙烧—湿法弱磁选铁精矿方法对粉煤灰进行协同降硫和选铁实验:以粉煤灰中未燃尽碳作还原剂而无须额外添加,在一次还原焙烧工序中同步实现了粉煤灰中SO3载体矿物无水石膏(Ca SO4)的分解以及赤铁矿(Fe2O3)的磁化;采用水淬法冷却,湿法弱磁选铁精矿,在水淬和湿法磁选阶段Ca SO4分解产物Ca S水化生成粉煤灰的有益组分Ca(OH)2;另一水化产物H2S气体亦予以回收利用。研究结果表明:循环流化床固硫粉煤灰经900℃下还原焙烧15 min,再经水淬快速冷却、湿法弱磁选铁精矿,可获得总铁回收率49.8%、品位52.9%的铁精矿;处理后的粉煤灰烧失量和SO3质量分数分别降至5.3%和1.32%,达到GB/T 1596—2005"用于水泥和混凝土中的粉煤灰"中的相应指标。     

矿物质对SO2释放的影响及钙的固硫机理

为了开发高效燃烧脱硫技术，通过热质量／选出气体分析实验研究了煤中矿物质对煤燃烧中SO2释放的影响以及钙的固硫机理，研究结果表明：脱灰后SO2的释放曲线由原煤的双峰变成单峰；Ca的添加能够促进煤中硫在低温下释放，但不同形态钙的固硫效果不同；脱灰煤中添加CaSO4后SO2的释放曲线又恢复为双峰，CaSO4没有固硫效果；添加CaCO3和CaO后SO2的生成会有明显减少，且CaO的固硫效果要比CaCO3显著．基于这个实验结果，提出了程序升温燃烧条件下煤中的矿物质对SO2释放影响所遵循的吸附-解吸附机理，以及钙基固硫剂固硫所遵循的吸附-解吸附／氧化机理。     

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。     

导向管喷动流化床固体颗粒的循环量

在内径为182mm的导向管喷动流化床中,用平均粒径为2．2mm的尿素为物料,对喷动流化床固体颗粒循环量进行了研究,考察了对导流管安装高度、喷动口直径和物料床层高度的变化对固体颗粒循环量的影响．实验中发现了当喷动流化床环形区处于移动床状态时,导向管安装高度越高、喷动口直径越大、物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量也越大;当环形区处于流化床状态时,喷动口直径和导向管安装高度对固体颗粒循环量影响不大,而物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量越大．结果表明,在环形区处于移动床和流化床两种状态下,导向管安装高度和喷动口直径对固体颗粒循环量的影响是不同的．     

BaCO3和SrCO3对水泥生料固硫行为的影响

针对水泥窑工艺,以合山东矿煤和贵州六盘水煤为研究对象,水泥生料为固硫剂,BaCO3和SrCO3为添加剂,进行燃烧固硫的试验研究,在讨论添加剂对水泥生料固硫效率影响的同时,借助XRD测试手段研究BaCO3和SrCO3对灰渣产物矿相组成的影响规律,并结合灰渣扫描电镜分析,探讨高温段添加剂对水泥生料的固硫效果的作用机理.结果表明水泥生料中添加BaCO3和SrCO3后,在较低温度下促使SOx的析出量增加,水泥生料固硫效率降低.但是随着温度的升高,添加剂的加入,促使灰渣结构更为密实,从而更好地抑制CaSO4的高温分解,固硫效果改善.其中钙与添加剂的质量比为7时效果最好,但对于不同煤来说,最佳添加剂比例不同.     

中温同时干法钙基脱硫与氨法脱硝的实验研究

为了弄清楚中温条件下同时进行钙基脱硫与氨法脱硝的可行性,该文研究了脱硫脱硝过程中的相互作用。通过固定床实验台在700~850℃研究烟气中NO以及喷入的NH3对CaO固硫反应的影响以及SO2、CO2和H2O存在时固硫产物的脱硝活性。研究结果表明:烟气中的NO对固硫反应无明显影响,NH3仅在700~750℃且有CO2和H2O存在时才会使得CaO固硫反应速率有稍微的降低;SO2使得固硫产物对脱硝反应的催化效果减弱,但这种影响可逆,且H2O会减弱SO2的这种抑制作用。并且固硫产物在SO2,CO2和H2O同时存在时总体仍体现出较明显的脱硝效果。     

固硫灰中游离CaO分布与消解研究

为了提高固硫灰在水泥和混凝土中的利用率,采用化学分析法和SEM-EDS微观分析法分析了固硫灰中游离CaO的分布规律,并对比分析了高温水浸法和常温陈化法对游离CaO的消解实验效果。实验结果显示:在研究的固硫灰中,80%的游离CaO分布在粒径小于75μm的颗粒中;常温陈化法消解游离CaO的效果优于高温水浸法,陈化7 d时游离CaO的含量降低至1.0%以下。     

气化灰渣的理化性质及其对石油焦/CO2气化反应特性的影响

采用XRF、XRD和SEM/EDS等分析手段对神华煤气化灰渣的理化性质进行了表征,并考察了气化灰渣对金山石油焦/CO2气化反应活性的影响。结果表明:炉底灰渣和炉顶飞灰的灰分质量分数分别为78.39%和62.71%;炉底灰渣中Ca和Fe的质量分数较炉顶飞灰高,而炉顶飞灰中Si和Al的质量分数则比炉底灰渣高;气化灰渣中的矿物质主要以对气化反应无催化活性的惰性物质形态存在,炉底灰渣中对含碳物料气化反应有催化作用的主要是少量的硫酸钙、氧化铁和钾芒硝(K3Na(SO4)2),而炉顶飞灰中则是少量的硫酸钙;随着气化灰渣添加量的增加,石油焦催化气化反应速率达到最大值时所对应的转化率逐渐减小。当气化灰渣的添加量为5%~30%时,石油焦的气化活性提高了2~7倍,其中炉底灰渣的催化活性稍优于炉顶飞灰。     

汽-液-固三相循环流化床蒸发器的可视化分析

在热模条件下,采用电荷耦合器件图像测量和处理系统,对汽-液-固三相循环流化床蒸发器内固体颗粒的运动、分布及相应的传热特性,进行了可视化研究．热通量的变化范围为3150～5 825 w·m~(-2),固体颗粒含率的变化范围为O％～2％．研究中定性地分析了由启动到正常运行的不同阶段,汽-液-固三相循环流化床蒸发器内的流动和传热特性．结果表明,汽-液-固三相循环流化床蒸发器的启动阶段是一个非稳态过程;在汽-液-固三相循环流化床蒸发器的稳态操作过程中,加热管可分为液-固两相段和汽-液-固三相段;固体颗粒的加入,增加了沸腾段的高度,并且对产生的汽泡有破碎作用;加热管中固体颗粒平均轴向运动速度低于循环管,而固含率高于循环管．     

BaCO3和SrCO3对水泥生料固硫行为的影响

针对水泥窑工艺，以合山东矿煤和贵州六盘水煤为研究对象，水泥生料为固硫剂，BaCO3和SrCO3为添加剂，进行燃烧固硫的试验研究，在讨论添加剂对水泥生料固硫效率影响的同时，借助XRD测试手段研究BaCO3和SrCO3对灰渣产物矿相组成的影响规律，并结合灰渣扫描电镜分析，探讨高温段添加剂对水泥生料的固硫效果的作用机理．结果表明：水泥生料中添加BaCO3和SrCO3后，在较低温度下促使SOx的析出量增加，水泥生料固硫效率降低．但是随着温度的升高，添加剂的加入，促使灰渣结构更为密实，从而更好地抑制CaSO4的高温分解，固硫效果改善．其中钙与添加剂的质量比为7时效果最好，但对于不同煤来说，最佳添加剂比例不同．