二段组合式气化炉的数值模拟

二段组合式气化炉利用化学反应方式回收高温煤气中的显热,能有效地提高现有气流床气化技术的能量利用效率。文中利用Fluent中的PDF燃烧模型和多孔介质模型,对该组合式气化炉进行了数值模拟研究,模拟计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。模拟结果表明:一段燃烧区的撞击流有效促进了热质传递,在一段喷嘴平面区域产生了强烈的回流,并且模拟得到了2股射流火焰撞击形成的"花瓣型"火焰形状;在二段固定床两侧存在压降,气流和温度在床层内的径向分布更加均匀,并且二段固定床能够影响水蒸气变换反应的进行。文中的模拟结果为二段组合式气化炉的工艺和结构设计提供参考。     

顶置七喷嘴气化炉冷态速度场研究

为研究顶置七喷嘴气化炉流场情况,基于相似准则设计并模拟工业规模干粉气化炉条件,采用激光多普勒动态分析仪(PDA)在高4 000 mm、直径800 mm的模型炉中测定了顶置七喷嘴的速度场分布,并与单喷嘴速度场进行对比。结果表明:单喷嘴偏向于中心射流,而顶置七喷嘴轴向速度沿径向分布速度剪切小,更倾向于平推流,且顶置七喷嘴中心轴向速度衰减快,颗粒不易"短路"。此外,相比单喷嘴而言,顶置七喷嘴回流区域更小且中心气固混合效果更好。而通过计算出的回流比结果表明,顶置七喷嘴在喷嘴出口附近的回流比较高,能有效促进气化剂与燃料的混合,提高气化碳转化率。     

矩形导流管喷动床下行区的床层压降

带导流管的矩形喷动床是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管,可以控制固体颗粒的内循环速率,同时使下行区中的气固移动床维持平推流.本文实验测定了不同表观气速、床层重量、不同固体颗粒与气体入口形式与尺寸时,矩形导流管喷动床下行区的床层压降,以考察其流动特征.实验结果表明,下行区存在床层压降的轴向分布,气固流动处于负压差下移上流区,且气固滑移速度自下而上是逐渐下降的.下行区颗粒床层的压降以及颗粒的移动下输,受到喷动床表观气速、床高、喷嘴尺寸、物料种类和颗粒直径的不同影响.     

喷动流化床流动特性数值模拟

为了捕捉喷动流化床中微观层次上的颗粒运动信息,建立了基于CFD的二维非稳态喷动流化床欧拉-欧拉两相流模型。分析了不同流化气速对喷动流化床气固流动特性的影响,即不同工况下的炉内压力降、颗粒浓度、床内空隙率分布、气体速度分布和固体颗粒速度分布。数值模拟研究结果表明:随流化气速的增大,压降和炉内平均空隙率逐渐增大,密相床层高度逐渐增加,沿着轴向方向的气体流量增大,喷动气的射流深度逐渐增加,同时射流半径也逐渐增加。     

喷动床内气固两相流动进口旋流效应数值模拟

为了研究喷嘴进口气体旋流效应对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用数值模拟方法进行研究分析。通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固两相流动进行模型处理,分别对常规喷动床及带旋流器喷嘴喷动床进行模拟分析与对比。研究表明:喷嘴进口气体旋流效应显著地强化了喷动床内颗粒的径向运动,能有效消除柱锥区的颗粒堆积现象,扩大了低床层区气体喷射区的影响范围,增加了喷动床内气体的湍动能值,从而提高喷动床内颗粒处理的整体效率。存在最佳η(旋流器内径与外径比值)值,即η为0.526时,旋流气体对喷动床环隙区内颗粒堆积的消除作用及气体湍动能值的提升最为显著,同时旋流器喷动床的总体压降达到了峰值。     

顶置单喷嘴气化炉旋流场特征研究

受限旋转射流流场特征的研究对顶置单喷嘴气化炉的开发、结构优化以及长周期稳定运行有重要意义。本文对不同旋流数下顶置单喷嘴气化炉内的速度场和停留时间分布进行了实验研究。结果表明：随着旋流数的增加,切向旋转速度显著增加,气化炉内轴向速度衰减加快,回流区减小;气量一定时,随着旋流数的增加,气化炉内气体的最短停留时间显著增加,停留时间标准差减小。     

15万吨低压甲醇合成塔结构新颖

15万吨／年GC型轴径向低压甲醇合成塔科技成果去年11月已通过了中国氮肥协会测试小组现场检测，结果表明甲醇合成塔在低压甲醇装置中投入运行后，产量、转化率、阻力、热量回收、循环机功耗等工艺参数均已达到或优于设计值，达到了预期的节能降耗目标，经济效益显著。专家一致认为：15万吨／年甲醇合成塔采用了轴径向多层绝热床-层间冷激与间接换热组合式创新性结构，体现在其轴向床层使用GC型喷嘴轴向流冷激器（菱形冷激分布器组），径向床层使用GC型鱼鳞板径向分布器。其独特的横插式层间换热器复合结构简化了合成塔内部结构，使得层间换热器的安装检修方便，有效解决了反应热移出和床层温度控制的问题。     

NC型1200mm氨合成塔内件特性及系统配置的优化设计

NC型12 0 0mm氨合成塔内件采用一轴二径绝热反应形式 :轴向冷激采用菱形分布器结构 ,两段径向采用鱼鳞筒或径向流分布器 ,使气流呈辐射状进入催化剂床层 ,路径缩短 ,床层阻力降低 ,特点是对三段催化剂床层进行冷激控制 ,使其在最佳温度范围内反应。在系统中采用气体分流进塔设计 :将水冷出口气体进氨分改为先进冷交 ;系统设置新鲜气氨冷器 ;对系统的主要辅助设备预留了较大的富裕量     

NC型1200mm氨合成塔内件特性及系统配置的优化设计

NC型1200mm氨合成塔内件采用一轴二径绝热反应形式:轴向冷激采用菱形分布器结构,两段径向采用鱼鳞筒或径向流分布器,使气流呈辐射状进入催化剂床层,路径缩短,床层阻力降低,特点是对三段催化剂床层进行冷激控制,使其在最佳温度范围内反应.在系统中采用气体分流进塔设计:将水冷出口气体进氨分改为先进冷交;系统设置新鲜气氨冷器 ;对系统的主要辅助设备预留了较大的富裕量.     

双喷嘴矩形喷动床压降的实验研究

在双喷嘴矩形喷动床内,以空气为喷动气体,研究了最大喷动压降与操作压降的变化规律和影响因素。实验表明：双喷嘴矩形喷动床的最大喷动压降和操作压降与颗粒粒径、床层高度及表观气速有关,而操作压降还与床体结构有关。在综合考虑各影响因素的基础上,得出了双喷嘴矩形喷动床最大喷动压降的经验关联式。     

流化床管式分布器内流场模拟和布气性能分析

以催化裂化装置（FCCU）再生器的管式气体分布器为研究对象,对流化床管式气体分布器的布气性能进行了分析。首先,对气体分布器分支管内的流场进行数值模拟,计算结果表明沿分支管内气体流动方向,压力逐渐增大,截面流量逐渐减少,沿程喷嘴流量逐渐增大;同时分支管上游入口还存在着明显的偏流现象,从而导致了上游喷嘴的出口流量小于设计流量,下游喷嘴的出口流量高于设计流量,造成流化床内非均匀布气。然后,依据分支管的变质量流动特点,将一般变质量流动的动量方程用于分析分支管内的流动过程,表明分支管的流动过程属于“动量交换控制模型”,具有始端静压低末端静压高的特点,固有压力分布不均匀的特征。这种不均匀的压力分布导致了喷嘴布气不均匀和磨损等系列问题。最后,结合流化床内的压力特点,综合分析气体分布器的分支管压降和喷嘴压降,明确了喷嘴出口流量与分支管压力分布的关系,喷嘴临界压降与设计压降的关系,结论表明分支管的结构改进可以优化和改善分布器的布气性能。     

双通道喷嘴渣油气化过程(Ⅰ)冷模实验

基于对3套8.53MPa双通道喷嘴渣油气化装置普遍存在的工程现象的思考,组织了模型气化炉冷态试验。测试了3种模型在6种射流速度下的停留时间分布,7种模型在2种射流速度下的速度分布。给出了停留时间分布密度函数、无因次半速度半径轴向增长、径向射流最大速度轴向衰减和径向速度分布计算公式。     

双通道喷嘴渣油气化过程(Ⅰ)冷模实验

基于对3套8.53MPa双通道喷嘴渣油气化装置普遍存在的工程现象的思考,组织了模型气化炉冷态试验。测试了3种模型在6种射流速度下的停留时间分布,7种模型在2种射流速度下的速度分布。给出了停留时间分布密度函数、无因次半速度半径轴向增长、径向射流最大速度轴向衰减和径向速度分布计算公式。     

气流床气化炉激冷环冷态流场数值模拟

针对气流床气化炉激冷室的工作特点,建立了一套激冷室激冷环的冷态流动数学模型,利用Fluent软件,对激冷环气相冷态流场进行数值模拟。通过模拟与实验对比,分析激冷环上不同位置喷嘴的流场分布;通过改变激冷环的进气方式,分析不同进气结构对激冷环上喷嘴速度的影响。结果表明:相比二进气道结构,四进气道结构使得激冷环喷嘴的速度分布相对均匀,能够达到激冷环对合成气强化换热的效果。     

多级液柱喷射塔喷嘴雾化特性的研究

对5mm和8mm直径的喷嘴进行了液柱喷射试验,利用膜片采集法对塔内雾化液滴的滴径分布进行了研究。当5mm喷嘴的测点与喷嘴的垂直距离为1m,径向距离为0.3m,8mm喷嘴的测点与喷嘴的垂直距离为1m,径向距离为0.35m,喷嘴压力均为0.03MPa时,用对数-正态分布函数对5mm和8mm机械雾化式直射喷嘴的液滴滴径分布密度函数进行了拟合。     

连续螺旋折流板换热器流动与传热性能及熵产分析

采用数值模拟的方法,研究了螺旋角对连续螺旋折流板换热器流动与传热性能的影响,并以熵产数为指标对换热器性能进行了基于热力学第二定律的分析评价。结果表明,相同质量流量时壳程传热系数和压降均随螺旋角的增大而降低,且后者降低的幅度大于前者。连续螺旋折流板换热器壳程横截面上切向速度分布较弓形折流板换热器更加均匀。在靠近中心假管的内层区域,同一径向位置的轴向速度随螺旋角的增大而降低,而在靠近壳体壁面的外层区域则相反。螺旋角越大,不同径向位置的换热管间的换热量分布均匀性越好。壳程质量流量相等时,换热器中传热引起的熵产占总熵产的比重随着螺旋角的增大而增加,熵产数随着螺旋角的增大而降低。     

双出口分级气流床气化炉内颗粒速度和浓度分布

煤炭分级利用是煤炭高效低碳利用的主要途径之一,提出一种同时制备热解气和合成气的分级气流床气化炉,炉体上部为煤热解室,下部为煤焦气化室。采用PV6M颗粒测速仪对气化炉内固体颗粒的速度和浓度分布进行测量,并运用CFD软件对气化炉内气固两相流场进行模拟。结果表明,在射流发展区域与射流碰撞后的折射流发展区域,颗粒速度较高;边壁区域颗粒速度较低且出现回流现象。在惯性和气流曳力作用下,热解室内大部分颗粒自流进入气化室。热解室上部径向颗粒浓度中心高边壁低;气化室下部径向颗粒浓度中心低边壁高。热解室与气化室进气量比、喷嘴角度及颗粒直径等对气化炉出口颗粒流出量分配有重要的影响。热解室进气量增大,颗粒从热解室出口流出占比先减小后增大;热解喷嘴偏转角与颗粒Stokes数增大,颗粒从热解室出口流出占比减小。     

双出口分级气流床气化炉内颗粒速度和浓度分布

煤炭分级利用是煤炭高效低碳利用的主要途径之一,提出一种同时制备热解气和合成气的分级气流床气化炉,炉体上部为煤热解室,下部为煤焦气化室。采用PV6M颗粒测速仪对气化炉内固体颗粒的速度和浓度分布进行测量,并运用CFD软件对气化炉内气固两相流场进行模拟。结果表明,在射流发展区域与射流碰撞后的折射流发展区域,颗粒速度较高;边壁区域颗粒速度较低且出现回流现象。在惯性和气流曳力作用下,热解室内大部分颗粒自流进入气化室。热解室上部径向颗粒浓度中心高边壁低;气化室下部径向颗粒浓度中心低边壁高。热解室与气化室进气量比、喷嘴角度及颗粒直径等对气化炉出口颗粒流出量分配有重要的影响。热解室进气量增大,颗粒从热解室出口流出占比先减小后增大;热解喷嘴偏转角与颗粒Stokes数增大,颗粒从热解室出口流出占比减小。     

Aerodynamics of a novel rotating jet spouted bed

A novel rotating jet spouted bed (RJSB) is developed and tested. It consists of a rotating air distributor with two radially located spouting air nozzles. The effects of bed height, distributor rotational speed, nozzle diameter and particle properties on the flow characteristics were examined. Various flow regimes were mapped as functions of distributor rotational speed and superficial air velocity for different materials and column dimensions. Empirical correlations were developed for the minimum spouting velocity, peak pressure drop and steady spouting pressure drop.