耦合热解-气化过程的两段气流床工艺模拟研究

提出了一种新型的两段循环气流床工艺,其一段炉内煤焦充分气化生产的高温合成气,为二段炉内煤的热解供热,二段炉内产生的煤焦循环再回一段炉。使用Aspen Plus模拟软件开发了两段气流床气化模型,考察了一段给氧量和二段炉膛停留时间对两段循环气流床工艺和焦油质量分数的影响。提高一段给氧量,可以降低合成气中焦油的质量分数,但是系统冷煤气效率及甲烷的产量也在减少;增加二段炉膛反应停留时间能够有效降低合成气中焦油的质量分数。调节一段炉温为1 400℃,二段炉膛停留时间为6 s,合成气中焦油的质量分数可降至93.21×10~(-3) kg/kg(以单位煤基计),系统的冷煤气效率可达86.21%,甲烷的产率可达76.80×10~(-3) m~3/kg(以单位煤基计)。     

RFC分解炉的性能研究

分析了RFC分解炉内的气固流动、阻力特性以及炉内物料停留时间分布等 ,研究表明炉内大部分区域气体流动表现出明显的旋流流动特点 ,炉内湍流强度分布比较均匀 ,并沿轴向流动方向逐步增强。RFC分解炉的料气停留时间比值约为 3.7,如果考虑炉出口与C5进口之间的垂直连接管道 ,则物料依次通过分解炉系统的平均停留总时间约为 13.3s。RFC分解炉的 3次风旋流流动的阻力系数为 74,窑气喷腾流动的阻力系数为 13。研究结果与工厂实际生产情况完全符合 ,为改进分解炉的设计和优化工厂的操作提供参考。     

600MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对600 MW对冲旋流燃烧锅炉,利用CFD(computational fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及NO_x释放规律。采用标准k-ε模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1 100 K;炉内各组分分布规律为:X=11. 093 5 m截面,沿炉膛高度方向,O_2体积分数先上升后下降,CO_2体积分数逐渐升高,CO体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NO_x生成量整体下降,炉膛出口NO_x浓度约为385. 14 mg/m~3。     

新型干煤粉气流床气化炉的冷态数值模拟

为了考察基于无焰氧化技术所提出的新型干煤粉气流床气化炉的流场和颗粒停留时间分布特性,对该气化炉进行三维冷态数值模拟研究,得到了不同工况下的模拟结果,可知:单喷嘴切向进气工况导致炉内速度场发生了偏移;双喷嘴中心对称切向进气工况导致炉内形成外圈速度大、内圈速度小的对称旋转梯度场。随着进口总气速、颗粒平均直径和颗粒密度的增大,气化炉内颗粒停留时间逐渐减小。颗粒停留时间随颗粒平均直径增大的减幅较随颗粒密度增大的减幅更大。当颗粒入射角度为正时,随着入射角度的增加,颗粒停留时间逐渐增大;当入射角度为负时,随着入射角度的增加,颗粒停留时间逐渐减小。     

SLC-S分解炉增加物料进口时气固两相流场的数值模拟

以SLC-S分解炉为基准模型,新增一个物料进口,分别对两物料进口在不同的相对位置时的气固两相流场进行了数值模拟.对连续相、颗粒相的计算分别采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型,对离散相与湍流之间的相互作用采用随机跟踪模型.模拟所得的气流场分布规律与模型实测结果吻合较好,而且所预测的固、气停留时间以及固气停留时间比值与模型实验预测值相一致.对结构进行优化的模拟结果表明:当两物料进口之间的水平投影夹角大于或等于135°时,尤其是在157.5°时,物料在分解炉内的分散状况皆良好,物料停留时间的绝对值和固气停留时间比值皆很高,为适宜的夹角范围.     

不同三次风速下分解炉二相流场的数值模拟

为了优化分解炉内的气固二相流流场以提高其性能指标,基于一实际尺寸的SLC-S分解炉,分别对不同三次风速下的气固二相流场进行了数值模拟,其中对连续相、颗粒相的计算分别采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型,对离散相与湍流之间的相互作用采用随机跟踪模型。计算所得气流场分布规律与实测值吻合较好,且颗粒相的质量浓度场分布形式与实际情况相一致。模拟结果表明:在所考察的边界条件下,当三次风速≤28 m/s时,分解炉本体压力损失较低,且物料停留时间的绝对值和料气停留时间比值皆相对很高,为适宜的三次风速范围。     

喷腾分解炉内流场优化的数值仿真研究

采用标准k-ε双方程模型和SIMPLE方法对喷腾分解炉内流动特性进行了数值模拟,通过增设分解炉的中部缩口、柱体的尺寸、入口气流的流速以及增加旋流风,在不同条件下得到了炉内的流场分布情况,并进行了比较和分析,为分解炉的结构和工况的优化设计提供了参考依据。研究表明:喷腾分解炉内流场主要为喷射流,不易产生较强烈的横向混合和必要的逆向物料返混。结构和工况参数的变化,延长了气流的运行轨迹,适当地增加气流的横向运动,将有利于延长物料的停留时间、物料的分散和煤粉燃尽率和CaCO3分解率的提高。同时,数值模拟结果将为优化分解炉设计和流动参数提供理论依据。     

分解炉梯度燃烧自脱硝技术的研究与工程应用

探讨了水泥窑炉燃烧过程中NOx的生成机理的生成机理,介绍了第二代分解炉梯度燃烧自脱硝的技术及实验室竖式电炉模拟分解炉内气体反应的试验技术及实验室竖式电炉模拟分解炉内气体反应的试验,研究了不同炉膛温度、停留时间、还原剂浓度下CO与NO的反应历程的反应历程。在湖北某水泥生产线技改项目中的工程应用表明,梯度燃烧自脱硝分解炉可实现脱硝效率6060%,出分解炉烟气NOx浓度400400mg/m3(标),月平均氨水用量下降6060%以上以上,每年可节约氨水使用成本200万元以上万元以上。     

粒径对福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的影响

建立了福建无烟煤细颗粒燃烧模型,计算了其在容量35 t/h循环流化床锅炉炉膛内的燃尽时间和一次通过炉膛的停留时间,分析了不同粒径煤颗粒在不同燃烧温度和不同烟气流速时在CFB锅炉内的燃尽时间和停留时间的变化差异. 实验研究了福建无烟煤粒径对飞灰碳含量的影响及燃尽的影响. 结果表明,细煤颗粒的燃尽时间与停留时间均随粒径增大而增长,但燃尽时间增幅更明显,颗粒一次通过炉膛完全燃尽的临界粒径约为0.15 mm;粒径越大的颗粒其停留时间和燃尽时间对烟气流速和燃烧温度变化越敏感;无烟煤入炉粒径明显影响CFB锅炉飞灰含碳量,选用粒度为3~8 mm的偏粗颗粒为宜.     

宁国厂2 000 t/d DD分解炉内气固两相运动规律的研究

通过系统的冷态模型试验以及对实际分解炉的热工检测结果的分析，对宁国水泥厂2000t/d DD分解炉的气固两相运动规律及各项性能指标进行了综合研究和评述，研究表明，宁国厂DD炉是一种具有明显低阻特性的分解炉型式。炉内气固混合状况良好，能够保证良好的燃烧与碳酸盐分解反应环境。也保证了物料停留时间的有效性。料气停留时间比值为4.6左右，高径比的改变对物料运动模式无明显影响。但当前熟料产量下分解炉容积明显偏小，炉内煤粉实际停留时间仅8.5s，煤粉燃尽度偏低。若要进一步提高产量，有必要对分解炉进行结构优化和改造。     

碳酸钙分解两相流的数值模拟

<正>以悬浮预热和窑外分解技术为核心的新型干法水泥生产技术是70年代以来发展起来的新工艺,目前世界各国水泥工业都在重点发展和普遍应用.窑外分解技术的关键是分解炉.图1是F.J.mith公司开发的喷腾式分解炉,E.KolyfetiS等人用准一维无滑移模型数值研究了燃烧及碳酸钙分解过程.根据实际问题,本文运用反应流的基本方程及SIMPLE方法初步研究了稳定轴对称型分解炉中碳酸钙颗粒在恒温气流中分解的两相流,计算区域如图2所示.颗粒运动采用无滑移模型,这主要是因为炉内的CaCO_3.粉体的平均粒径很小,颗粒的速度及温度在几毫秒中就能与气体达到平衡.本文将这种方法用于研究窑外分解炉.至于炉内的煤粉燃烧过程,由于更为复杂,将会待于进一步研究.     

平衡分解率模拟分解炉工艺特性

应用高温、悬浮态气固反应试验台测得的碳酸钙平衡分解率，建立了分解炉的数学模型，并针对某水泥厂的物料及工艺参数进行了分解炉工艺特性模拟实验，提出了用平衡因子评价实际分解炉状态的概念，其模拟结果与实际情况有很好的可比性。这种模型可用于各种类型分解炉的工艺特性研究、工业设计和生产控制。     

分解炉循环喂料与物料停留时间分布的关系

:通过对外循环反应器的物料停留时间分布的研究 ,分析了带Pyrotop的分解炉内物料的循环比对物料平均停留时间的影响 ,为工厂的实际操作提供了理论根据     

六级预分解系统煤粉配比计算研究

以六级预热预分解系统为模板,通过物料和热量平衡计算,分析了增加入炉燃料量对系统参数的影响。结果表明,随着分解炉喂煤比例的逐渐增大。各级预热器和分解炉出口的气体温度及入窑物料温度逐渐升高。炉中煤粉燃烧率和碳酸盐分解率随炉煤比例的增大而提高,炉煤比例超过73%后,碳酸盐分解基本完成。随炉煤比例的增大,熟料产量大幅提高,热耗有所下降。但考虑到系统的稳定性,炉煤比例控制在71%~73%较为合理。     

水泥生料停留时间分布的测定

水泥生料停留时间分布是悬浮预热与窑外分解设备的一个重要参数。本文基于示踪激发——应答技术,提出了一种脉冲式重铬酸钾(K_2Cr_2O_7)示踪测试方法,在实验室冷态模试研究中,可以有效地测定水泥生料通过这类模型设备的停留时间分布及其数字特征,据此可对这类设备的开发研究、设计放大与结构改进等提供有用的信息和依据。本文着重介绍脉冲式K_2Cr_2O_7示踪原理、实验装置与步骤,并举实例叙述测试方法的过程。     

斜管内油水两相流动规律分析

斜管除油池是一种常见的重力式油水分离装置,研究"浅池原理"在斜管中的作用机理,为提高装置的油水分离效率提供理论依据。以流体在斜管中的停留时间为特征,利用Stokes公式推导出流体在斜管中的理论停留时间,将之与流体动力学仿真软件FLUENT求解的仿真结果进行对比分析,揭示了离散相油滴在斜管中的流动规律。研究表明:在"浅池原理"的作用下,流体在斜管中的流速降低,流体在斜管中的停留时间延长,离散相油滴间发生碰撞与聚结的概率增大,从而为离散相油滴在混合相中的浮升与分离提供有利条件。     

模拟分解炉中煤焦燃烧生成NO的特性

对国内水泥行业中几种煤焦在模拟的分解炉中NO生成特性进行了研究,考察了煤种、温度、生料对焦炭氮的释放特性的影响,探讨了焦炭氮在工业分解炉中的释放机理.研究结果表明,不同煤种的NO生成特性有较大的不同;温度对NO的生成特性也有明显的影响,基本随温度的升高而加大,但有时也有下降现象;生料的加入大大加速了NO的生成速率和转化率,表明生料对NO生成有显著的催化作用.工业分解炉中产生的NO主要来源于燃料NO,焦炭氮转化为NO的概率主要有两个互相竞争的反应决定：包括N的氧化反应和NO的还原反应.     

旋喷结合分解炉的数值模拟

The new type swirl-spray precalciner used in cement plant is a large-scale and complex reactor in chemical engineering. In this work a full three-dimensional numerical simulation is carried out for swirlspray precalciner, and at the same time a new method for particle trajectory in rectangular-structural grid is presented. The results of simulation disclose and predict the physicochemical process of precalciner and the numerical simulation results agree well with the experimental results.     

RSP分解炉SC室湍流流动特性对煤粉燃烧的影响

本文对RSP分解炉SC室的湍流动力特性.特别是湍流度、旋流强度等方面进行了研究,通过数值模拟的方法探讨了其对SC室煤粉燃烧的影响,为今后RSP分解炉的技术改造提供了借鉴.