源头提质的可燃固体废物流化床气化实验

采用流化床对源头提质的可燃固体废物进行气化实验研究,研究反应温度和空气当量比(ER)对燃气组分变化和气化反应特性的影响。研究结果表明:随着气化温度升高,H2和CO体积分数也随之升高,而CO2和CH4体积分数随着气化温度升高而降低;随着空气当量比增大,CO2体积分数也随之增加,而H2和CH4体积分数随着空气当量比增大而减少;气化气可燃成分中的CO体积分数最高,H2和CH4体积分数次之;气化气低位热值随着气化温度升高和空气当量比增大而降低,而气化效率随着气化温度升高和空气当量比增大而降低;气化气产率随着温度升高而增大,随着空气当量比增大而增大。典型组分气化的最优工况如下:空气当量比为0.4,温度为700℃。     

注空气采油油井产出气体燃爆特性

注空气采油工艺过程中存在产出气爆炸等安全问题,在分析产出气-空气混合物爆炸体积分数极限主要影响因素的基础上,利用Le Chatlier公式和图版计算混合物的爆炸体积分数极限,估算临界氧含量,采用圆柱状爆炸容器,在20～90 ℃、0.2～1.2 MPa下对产出气-空气混合物进行燃爆特性试验,确定爆炸体积分数极限范围、临界氧含量及爆炸区域,制定油井氧含量的安全标准.结果表明:可燃产出气的爆炸体积分数极限和临界氧含量受温度、压力、氧含量、点火能量、位置和惰性气体等因素的影响;爆炸范围随温度、压力和氧含量的升高而变宽,危险性增大;临界氧含量随温度、压力的升高而降低;高温高压模拟工况条件下,爆炸范围和氧含量随惰性气体体积分数的增加迅速减小,惰性气体体积分数和氧含量对爆炸体积分数下限影响较小,而对体积分数上限影响很大.     

全氧煤粉低氧浓度燃烧动力学参数的热重实验

利用热重分析仪研究了四种煤粉在低氧惰性气氛(即O2/CO2)下的着火特性、燃尽特性.实验在O2体积分数为7.5%~20%,升温速率20℃·min-1条件下进行.通过对Arrhenius和Coats Redfern方程进行最小二乘法的二元一次线性回归,求得煤粉在不同低氧浓度下的动力学参数.结果表明:随着O2体积分数降低,着火温度基本不变,燃尽温度增大;活化能、指前因子和反应级数都随着O2体积分数降低而不同程度地减小;活化能和指前因子之间存在补偿效应,计算可得等动力学温度和反应速率常数;当O2体积分数小于12.5%,随O2体积分数减小,煤粉的反应速率常数随反应温度增大而增大的趋势越来越平缓.     

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1 193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO₂时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为

以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景,在实验室条件下研究了CO和H2体积分数较高的煤气加热时的析碳行为.实验结果表明,温度和CO2体积分数是影响析碳反应的重要因素.在300~700℃范围内,当温度低于500℃时,析碳反应速度随温度的升高而增加;当高于此温度时,反应速度随温度的升高而下降.析碳反应包括CO分解析碳反应以及CO和H2的混合析碳反应.对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用.采用扫描电镜,从微观结构上观察了500~700℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为.另外,随着CO2体积分数的增加,析碳反应速率逐渐降低.在500℃和600℃时,CO2体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用,尤其在500℃时这种抑制作用更加明显.     

采用机器学习的二甲醚层流燃烧速度预测研究

为了明确二甲醚层流燃烧速度与混合气初始条件(温度、压力、当量比)之间的关系,基于大量的实验及数值模拟数据,利用机器学习多变量回归算法,建立了二甲醚/空气预混层流燃烧速度随初始条件的拟合关系式。通过与文献及数值模拟结果的对比,发现所建立的函数关系式能够在0.8～1.4当量比、298～373K初始温度和0.1～1.0MPa初始压力范围内得到准确的二甲醚层流燃烧速度预测结果。二甲醚层流燃烧速度随初始压力呈负指数关系,随初始温度呈正指数关系,化学当量比时,压力和温度指数的绝对值较小,混合气较浓或较稀时,压力和温度指数的绝对值增大,表明二甲醚层流燃烧速度随初始压力的增大而减小,随初始温度的升高而增大,且在较浓或者较稀的混合气条件下,层流燃烧速度随初始压力和温度的变化更为敏感。研究结果可以为二甲醚发动机数值模拟提供简单准确的层流燃烧速度输入数据,从而节约研究成本和计算时间。     

焙烧对粉煤灰孔径分布及吸附性能的影响

为研究粉煤灰的活化性能,在不同温度下焙烧粉煤灰,采用氮吸附法测定焙烧前后粉煤灰的比表面积、孔体积及孔径分布,并进行粉煤灰对Rhodamine-B水溶液的吸附实验。结果表明：粉煤灰的比表面积、孔体积及介孔数量随焙烧温度升高而逐渐增大,700℃时达到最大值,此后随焙烧温度升高而减小;焙烧后粉煤灰对水溶液中的Rhodamine-B分子的吸附性能显著提高。该结果为粉煤灰吸附机理研究提供了有益参考。     

块状长焰煤高温蒸气热解的试验研究

应用太原理工大学高温蒸气热解试验系统,以高温过热水蒸气为热源介质对块状长焰煤进行加热,针对热解的产气规律、产气性质等热解特性做了实验研究.得出了块状长焰煤在受热过程中的产气量具有温度阶段性,450℃到500℃是热解气体产气的最佳温度段;对于产气性质而言,CO2的体积分数相对比较高,且随着温度的升高体积分数变化不大;CH4,CO的体积分数随着温度升高而下降;H2的体积分数随着温度升高持续增加,它对热解气体的热值贡献最大;两个碳原子以上的烃类气体体积分数很少;从4个取样点所取样品计算出的热值看,525℃的气样热值可达到水煤气的热值水平,425℃时气样热值可达到焦炉煤气的热值水平.     

几种商业催化剂电氧化二甲醚的催化性能研究

本文通过循环伏安法研究了三种商业催化剂——40%Pt/C, 20%Pt-10%Ru/C（Johnson Matthey）和 20%PtRu/C, Pt:Ru =1:1（E-TEK）在酸性介质中对二甲醚电氧化的催化性能,比较了不同商业催化剂的催化活性。实验发现,在Pt担载量为0.1 mg/cm2和25℃时,JM-两种催化剂的催化活性都高于E-TEK的,且JM-PtRu/C二元催化剂对二甲醚电氧化的活性又比JM-Pt/C高。这一结果表明了Ru的加入能一定程度上提高催化剂的活性和抗中毒能力。当温度由25℃升高到70℃,JM-PtRu/C对二甲醚电氧化的起始氧化和氧化峰电位分别负移160 mV和200 mV、氧化峰电流密度提高了0.63倍;而JM-Pt/C的分别仅负移80 mV和96 mV、氧化峰电流密度却提高了2.77倍。这表明了Ru 的加入提高了催化剂的抗中毒能力、催化活性和以二甲醚为燃料的电池输出电压。同时升高温度使得Pt对CO的吸附能力下降,可提高其电池的输出电流。进一步实验还表明了二甲醚的吸附是一个弱吸附,其吸附步骤是氧化的限制过程,而且Ru的加入一定程度上也抑制了二甲醚的吸附,即Pt和Ru的比应有一个优化值。实验还发现了这三种催化剂在50℃下电催化氧化二甲醚后,电极的电化学表面积均有增大的现象。本文的研究结果将为进一步探索新的直接二甲醚燃料电池阳极催化剂提供了一定的指导意义和基础数据。     

加压流化床中影响生物质气化气组成因素的研究

以加压流化床为反应器,锯末为原料,通过测定生物质空气气化产物的组成及其随反应条件变化的规律,确定了生物质结构与生物质气化气组成的关系。在700~850℃的温度范围内,以50℃为增量,考察了温度对气化产品气的影响。结果表明:CO是生物质气化的主要产物,在700~850℃的范围内,CO含量迅速升高,同时H2、CH4和烃类气体(包括CH4、C2H4、C2H2、C2H6、C3H6、C3H8)的含量也有升高,CO2的含量先升高后降低。生物质加压空气气化的实验中,压力从0.5 MPa变化到1.7 MPa,随着压力升高,CO2的体积分数上升,而CO和H2的体积分数下降,CH4和烃类气体的体积分数随压力的升高有上升趋势。生物质空气-水蒸气气化的实验中,水蒸气与生物质质量比mS/mB从1.1变化到2.6,随着mS/mB的升高,CO2,H2的体积分数均有所上升。反应结果表明,升高温度有助于生物质转化为气体;而压力越高越有利于CH4等烃类气体的生成,且随着压力的升高,反应器的处理量增大,反应程度加深;水蒸气的加入,减少了空气的消耗量,并生成了更多的H2及碳氢化合物,改善了产品气的质量。     

生物质/煤超临界水气化制氢的主要影响因素

以羧甲基纤维素钠(CMC)/华亭烟煤的超临界水共气化制氢为例,考察了温度(350～700℃)、压力(20～35 MPa)和物料(CMC 煤)的质量分数w(1.1%～2.0 %)等对生物质/煤共气化气体产物的影响.模拟和实验结果表明:得到的主要气体产物是H2、CO2和CH4,产气中H2的摩尔分数随温度的升高而升高,但温度升高到一定值后,H2的摩尔分数(x(H2)=67%)保持不变;随物料质量分数的增加,H2的摩尔分数减小,物料的温度和质量分数的变化对产气的作用远大于压力;制氢的适宜温度为450～550 ℃、压力为25 MPa左右、w≥15%.提出后续实验应着重提高物料在反应器内的加热速率,筛选研究在较低温度下能有效催化产氢的Ni催化剂.     

几种商业催化剂电氧化二甲醚的催化性能研究

通过循环伏安法研究了三种商业催化剂--40%Pt/C, 20%Pt-10%Ru/C(Johnson Matthey)和 20%PtRu/C, Pt:Ru =1:1(E-TEK)在酸性介质中对二甲醚电氧化的催化性能,比较了不同商业催化剂的催化活性.实验发现,在Pt担载量为0.1 mg/cm2和25 ℃时,JM-两种催化剂的催化活性都高于E-TEK的,且JM-PtRu/C二元催化剂对二甲醚电氧化的活性又比JM-Pt/C高.这一结果表明了Ru的加入能一定程度上提高催化剂的活性和抗中毒能力.当温度由25 ℃升高到70 ℃,JM-PtRu/C对二甲醚电氧化的起始氧化和氧化峰电位分别负移160 mV和200 mV、氧化峰电流密度提高了0.63倍;而JM-Pt/C的分别仅负移80 mV和96 mV、氧化峰电流密度却提高了2.77倍.这表明了Ru 的加入提高了催化剂的抗中毒能力、催化活性和以二甲醚为燃料的电池输出电压.同时升高温度使得Pt对CO的吸附能力下降,可提高其电池的输出电流.进一步实验还表明了二甲醚的吸附是一个弱吸附,其吸附步骤是氧化的限制过程,而且Ru的加入一定程度上也抑制了二甲醚的吸附,即Pt和Ru的比应有一个优化值.实验还发现了这三种催化剂在50 ℃下电催化氧化二甲醚后,电极的电化学表面积均有增大的现象.本文的研究结果将为进一步探索新的直接二甲醚燃料电池阳极催化剂提供了一定的指导意义和基础数据.     

温度对超临界CO_2置换CH_4的影响

为研究超临界CO_2置换CH_4过程中温度对置换效果的影响,以屯留煤样为研究对象,借助ISO-300型等温吸附仪对煤样进行了不同温度(35、45、55℃)、相同注入压力(12.7 MPa)条件下的CO_2置换解吸CH_4试验。研究结果表明:置换解吸过程中,超临界CO_2吸附相体积分数随着温度升高而增加,随压力降低而增大,CH_4吸附相体积分数呈相反变化趋势;超临界状态下,试验直接测得的气体吸附量为Gibbs吸附量,气体真实吸附量与压力之间符合Langmuir吸附曲线,且与Gibbs吸附量的差值随压力的升高而增大;试验压降范围内,温度为35℃条件时,CH_4气体单位压降解吸率最高,显示出温度接近临界温度时,超临界CO_2置换效果最佳。     

高温后花岗岩的物理力学特性试验研究

为研究高温后花岗岩的物理力学特性与温度变化的关系,对600℃范围内青海共和花岗岩自然冷却后进行单轴压缩、巴西劈裂和变角剪切试验。研究结果表明:从室温～600℃,花岗岩质量损失率随温度升高而增大,在300℃之前,花岗岩体积收缩,密度变大,在300℃后,花岗岩体积膨胀,密度变小;从室温～600℃,花岗岩的抗压强度,抗拉强度和抗剪强度(内聚力)随温度升高先变大后变小,弹性模量随温度升高单调递减,在250～600℃时,内摩擦角随温度升高而增大;400～600℃可视为花岗岩从脆性向延性转变的临界温度范围。基于弹性模量的损伤因子在400℃之后可以较好地反映岩石强度的热损伤程度。     

SNCR应用于水泥窑氮氧化物控制的氨氧化

为了对水泥窑应用SNCR控制技术时CaO催化NH3氧化问题进行研究,该文采用固定床反应器,研究温度(650～950℃)、NH3体积分数(100×10-6～1500×10-6)和O2体积分数(0～4%)对于CaO催化NH3氧化作用的影响。采用Fourier变换红外光谱仪(FTIR)测量NH3和NO组分的体积分数。实验结果表明:CaO催化NH3氧化反应的转化率和产物NO的选择性随NH3体积分数增加而下降,随温度和O2体积分数增加而增加。基于NH3转化率和产物NO选择性随NH3体积分数的变化规律,提出CaO催化NH3氧化的首要途径是NH3和O2的吸附,吸附态NH3会与O2反应生成NO,而非前人提出的NH3与CaO反应生成CaN。采用该机理可以较好地解释实验规律。     

污泥的超临界水氧化动力学研究

在间歇式反应器中研究了城市污泥的超临界水氧化反应,反应温度为400～450℃、压力为24～28MPa、反应时间为40～515s.结果表明:污泥的有机物去除率可达99 9%以上;在420℃、反应时间为155s时,污泥氧化后残余固体物的体积仅为脱水污泥的4%,反应后剩余收集液的COD小于10mg·L-1.以幂函数方程描述了氧化剂过量时污泥超临界水氧化的反应动力学规律,污泥和氧化剂的反应级数分别为1和0;速率常数与温度的关系符合Arrhenius公式,随反应时间增加、温度升高,有机物的去除率显著增加;速率常数随压力升高而增加,但速率常数的增幅随压力的升高而减小,反应活化体积不是常数.在24MPa时,反应活化能和频率因子分别为(39 11±2 216)kJ·mol-1和(45 2±17 2)s-1,模型计算值与实验值的误差在±8%以内.     

秸秆类生物质成型燃料氧化过程特性

对玉米秸秆颗粒在不同升温速率和不同氧体积分数下进行热重实验和对照实验,了解外界因素对玉米秸杆颗粒表观质量增加的影响程度以及分析颗粒质量增加的主要原因,同时对不同升温速率和不同氧体积分数下玉米秸秆颗粒氧化反应特征温度的变化规律进行分析。研究结果表明:生物质颗粒与氧的吸附作用是导致颗粒质量增加的主导因素;随着升温速率的增大,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间延长,干燥峰值温度θ1、临界温度θ2、着火温度θ4和最大质量损失峰值温度θ5逐渐增大,吸附峰值温度θ3逐渐减小;随着氧体积分数的提高,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间缩短,干燥峰值温度θ1保持不变,临界温度θ2先降低再保持不变,吸附峰值温度θ3先降低再上升,着火温度θ4和最大质量损失峰峰值温度θ5随氧体积分数的增加而降低。     

基于双效催化剂的生物油吸附强化重整实验

制备了镍基双效催化剂,并将其应用在多组分生物油模化物吸附强化重整制氢的研究中,考察了重整温度、水碳比、液体质量空速对反应过程的影响.结果表明,在双效催化剂作用下,吸附强化重整阶段获得的氢气体积分数和氢气产率较普通重整阶段显著提升;且随着温度升高、S/C比(水蒸气与碳物质的量之比)增大,氢气产率与氢气体积分数呈现先增加后小幅减少的趋势;且相比于普通重整阶段,最高氢气产率所对应温度明显下降,在650℃,S/C比为4.5时氢气产率达到最大值87.60%,此时氢气体积分数为94.75%.     

静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾,而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限,基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型,探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明：颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关;但与体积分数成正比,且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群,平衡温度主要依赖于外部辐射强度;总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下,二者均与颗粒粒径正相关,且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下,颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中,棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式,其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。