粉煤密相气力输送流型

基于电容层析成像技术对粉煤密相气力输送系统的流型进行了研究,获得了水平管和竖直上升管粉煤密相气力输送系统的典型流动形态。研究结果表明,水平管输送时的流型随时间复杂多变,典型流型有满管流、沉积层流、悬浮流等;统计分析发现,随表观气速不同,存在明显的主导流型;结合固相速度及管道压力信号分析,展示出其与流型之间存在一定的对应关系,进一步证实了密相气力输送系统的不稳定性特征。对竖直上升管的ECT测试结果表明,输送流型为环核结构。     

不同载气供料对煤粉料仓下料的影响

煤粉料仓下料是气流床粉煤气化工艺中粉体供料单元的重要组成部分,其安全稳定运行具有重大的经济意义。在煤粉循环供料系统上,研究了以空气和CO₂为载气的气力输送供料对料仓内煤粉重力下料和通气下料的影响。研究表明,料仓内粉体的堆积或流化状态对后续粉体的流动行为影响明显。对于重力下料,CO₂供料后的重力下料过程中煤粉床层空隙率较高,下料流率较大;对于通气下料,空气供料后煤粉难以被CO₂气体流化,从而对应较低的下料流率。     

不同流型下离子液体-MEA复合工质降膜吸收CO2特性

以氨基酸离子液体和乙醇胺混合水溶液为吸收剂研究逆流气体对竖直平板降膜流型转换的影响,考察了3种流型下液体流量和入口温度、气体流量和进口CO₂浓度对CO₂吸收性能的影响。结果表明:随着液体流量的增加,液膜呈现溪流、片状流和完整流3种流型,降膜流型转换临界流量随逆流气体流量增大而增加;溪流和片状流时CO₂吸收速率随液体流量的增加而增加,但在完整流条件下基本不变;完整流下具有较高的CO₂吸收速率,然而溪流下的液相传质系数最高。     

工业级水平管粉煤气力输送的最小压降速度和稳定性

采用压缩空气作为输送介质,在工业级水平管(内径50 mm)上开展了粉煤密相气力输送实验研究。在实验获得最小压降速度基础上,通过电容层析成像系统观察到,随着表观气速降低而存在分层流、沙丘流、移动床流以及栓塞流4种流型。不同流型压力信号的概率密度分布和功率谱密度分析表明,压力信号的波动特征与流型紧密联系;由于流动形态的变化,存在由稳定输送过渡到不稳定输送的临界气速,且该速度小于最小压降速度。     

密相气力输送中气固两相流动特性多源信息分析

在加压密相气力输送煤粉实验装置上,结合静电、压力传感器与电容层析成像系统(ECT)3种方法,利用统计学和分形方法研究了不同操作条件(总输送压差、输送载气和煤粉含水率等)下密相气固两相流动力学行为。结果表明:输送载气为CO₂时,颗粒相微观运动剧烈程度随总输送压差(0.3~1 MPa)的增大而增大,气流和颗粒相之间的相互作用在总输送压差0.75 MPa下最强烈,但煤粉宏观整体的流动保持稳定;煤粉含水率增加对宏观流动稳定性没有影响,但水分增加使颗粒相的微观运动剧烈性减小;载气为N₂时,管道截面煤粉的平均浓度及分布变化明显,宏观流动状态不稳定,但颗粒相的微观运动剧烈程度与载气为CO₂时的变化规律一致。     

水平微细管内CO2流动沸腾压降特性

对CO₂在内径1.5 mm水平微细管内流动沸腾换热摩擦压降特性进行了实验研究。实验工况：热通量（7.5～30 kW·m^-2）、质量流率（300～600 kg·m^-2·s^-1）、饱和温度（-40～0℃）。实验结果表明：热通量的增加对摩擦压降影响很小,几乎为零;质量流率是影响摩擦压降的最主要因素;随着饱和温度的升高摩擦压降减小;干度对摩擦压降影响主要由管内流型变化导致。将实测摩擦压降变化趋势绘制于CO₂流态图中,比较发现理论预测摩擦压降最大值落在环状流末端区域。实验过程中对各个工况管内流态进行可视化研究,理论分析所采用的流态形式与实际CO₂在微细通道内所具有的流态类型基本一致。     

工业级竖直上升管内煤粉密相气力输送研究

在自主搭建的工业级管径(内径50 mm)的气力输送实验平台上,开展煤粉密相气力输送实验,同时借助计算颗粒流体动力学(CPFD)的数值模拟方法,研究不同表观气速下竖直上升管道内煤粉的输送特性和流型特征。随着表观气速的增加,电容层析成像技术(ECT)和CPFD数值模拟都表明,竖直上升管内的煤粉气固两相流依次呈现满管流、环状流和悬浮流的输送流型。相应地,单位管长压降呈先减小后增大的趋势。研究发现:气固流动的颗粒速度、浓度和管道压降等实验测试结果和模拟预测结果吻合良好,表明CPFD的数值模拟方法既能正确预测流型发展趋势,又能定量获得压力、速度、浓度等输送特征参数。     

工业级管道中粉煤浓相流动特性

分别以干燥空气和粉煤为输送载气和介质，在39 mm工业级水平不锈钢管内进行了浓相气固两相流动特性实验研究。高速摄像仪拍摄到的粉煤流型表明，浓相输送条件下存在分层流。在流化气和调节气协同作用下，工业级管道中的粉煤浓相输送规律与此两路气流流量密切相关，并获得了39 mm管径下的粉煤气力输送相图。与管径较小的20 mm水平不锈钢管输送结果的比较表明：较大管径条件下，输送压力对粉煤流率的影响更为显著，输送的经济气速相对较高；相同输送通量情况下，较大管径的输送单位管长压降低，且输送通量变化引起的单位管长压降变化也较为平缓。     

水平管煤粉密相气力输送堵塞临界状态

以煤粉为实验介质,在输送管内径为10、15、20 mm条件下分别研究了以空气和CO₂为载气时的密相气力输送堵塞临界状态。通过逐渐降低输送气量调整输送流态,获得了不同阶段的固气比、输送速度及压力信号等特征信息,并对不同阶段的压力信号特征信息进行分析,提取了不同阶段的特征参数,采用功率谱对压力信号频域特征进行剖析,获得了不同流动阶段的特征频率。研究结果表明,堵塞临界速度与输送管道内径和载气性质有关,依据实验数据,建立了堵塞临界速度的量纲1经验方程;接近堵塞临界状态时,管道内压力波动性显著,波动频率向低频转化,对压力信号进行计算,得出了判定输送发生堵塞的判据式。     

微通道中气体/离子液体两相流动与分散性能

离子液体在气-液反应与分离过程中有良好的应用前景,研究气体/离子液体两相体系的微分散过程对于发展新型气-液分散技术和设备具有重要意义。研究了N₂/[Bmim]BF₄体系在同轴环管微通道中的流动和分散行为。实验结果表明,在不同的气相和液相流速下,N₂/[Bmim]BF₄体系分别呈现气泡流、气泡-气柱过渡流、气柱流和气柱-环隙流过渡流4种流型。通过考察分散相尖端尺寸和气相、液相流速对气-液体系流型的影响,作出了相应的流型图。通过考察气相、液相流速对稳定气-液分散流型下的气相分散尺寸的影响,揭示了分散气相行为的机理,并建立了描述气相分散尺寸的数学模型。     

Experimental research of flow patterns and pressure signals in horizontal dense phase pneumatic conveying of pulverized coal

Understanding flow patterns and their variability is important for optimal design and trouble free dense phase pneumatic conveying of pulverized coal in a horizontal tube. Employing the electrical capacitance tomography (ECT), six flow patterns were identified and utilized for quantitative analysis based on the value and distribution of cross-sectional solid concentration. The dense-phase flow patterns in the horizontal tube of the pneumatic conveying system were somehow variable even when the operating conditions were unchanged. The probability calculation results suggest changing multiple flow patterns with one or two dominant flow for each of the seven sets of experimental conveying conditions and that a finite change in the dominant flow pattern would occur with an increasing superficial gas velocity. The power spectral density (PSD) function and the Hurst exponent of the pressure signals of the pulverized coal were well correlated with its flow patterns in a horizontal tube. The PSD functions and probability density functions (PDFs) of the void fraction signals from ECT are found to be related with flow patterns and can be used to quantitatively identify flow regimes. The ECT data may therefore be utilized for monitoring the flow patterns in a horizontal tube employed for pneumatic conveying of pulverized coal.     

DECOMPOSITION BEHAVIOR AND MECHANISM OF CALCIUM SULFATE UNDER THE CONDITION OF O2/CO2 PULVERIZED COAL COMBUSTION

The decomposition behavior and mechanism of calcium sulfate in O₂/CO₂ pulverized coal combustion were studied in an entrained flow reactor. A reaction rate expression correlating the influence of various factors was proposed for CaS0₄ decomposition and it is able to predict CaS0₄ decomposition satisfactorily. Under the conditions investigated, the decomposition of CaS0₄ was found to be a regime of chemically controlled shrinking core reaction. A CO₂-rich atmosphere enhances CaSO₄ decomposition in absence of oxygen. CaSO₄ particles have catalytic effect on formation of CO from CO₂. A high SO₂ concentration inhibits CaSO₄ decomposition. The kinetics of CaSO₄decomposition has obvious dependence on experimental facilities and conditions, whereas the activation energy has much lower dependence. The kinetics derived in this work is more appropriate for investigating desulfurization in O₂/CO₂ pulverized coal combustion because an entrained flow reactor has a much closer condition to that in O₂/CO₂ pulverized coal combustion than a TGA.     

酸性气体脱除单元副产二氧化碳中夹带甲醇的去除方案研究

酸性气体脱除单元副产的二氧化碳可作为粉煤气化装置载气循环利用,但其夹带微量甲醇,需经过处理才能达标排放。以某二氧化碳需求量为20000 m³/h的粉煤气化装置为例,分析对比了压缩机段间洗涤和压缩前洗涤两种水洗法脱除二氧化碳中微量甲醇的方案,结果发现水洗法脱除甲醇的方案可行,且压缩机段间洗涤方案较压缩前洗涤方案安全性更高,设备费用更低,能耗低15.5%,每小时可省操作费用105.1元。初步探讨了吸附法用于脱除二氧化碳中微量甲醇的可行性。     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数：21%、30%和50%,研究了O₂/Ar和O₂/CO₂气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O₂/CO₂气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O₂/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O₂/CO₂燃烧的表观活化能明显低于O₂/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O₂/CO₂气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O₂/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。     

热重分析煤焦恒温气化过程中气体切换的影响

利用热重分析仪研究恒温煤气化是实验室常用的气化活性评价流程,但该实验中气体切换过程的影响却较少报道。本文以一种煤焦CO₂气化反应为例,通过切换气体与全部采用CO₂气体气化实验对比,分析气体切换步骤对恒温气化实验的影响,并结合在线质谱检测了切换过程中气体逸出规律。研究发现,存在切气步骤时,尽管CO₂可快速扩散至反应区,但由于气体的置换过程并非简单的平推流,导致部分碳的气化是发生在变化着的反应性气体和惰性气体的混合气氛中。这极大地影响了煤焦样品的气化反应速率大小和趋势,进一步影响反应动力学模型的判断和选择,并将导致由此计算所得的活化能受扩散影响而偏低。因此,建议在应用热重分析仪采用气体切换流程研究恒温气固相反应时,应首先对其气体逸出规律进行检测,评估气体切换步骤对整个反应过程的影响,以减小实验误差。     

煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

A multi-scale model for CO2 sequestration enhanced coalbed methane recovery

This paper presents a multi-scale model to simulate the multicomponent gas diffusion and flow in bulk coals for CO₂ sequestration enhanced coalbed methane recovery. The model is developed based on a bi-dispersed structure model by assuming that coal consists of microporous micro-particles, meso/macro-pores and open microfractures. The bi-disperse diffusion theory and the Maxwell-Stefan approach were incorporated in the model, providing an improved simulation of the CH₄—CO₂/CH₄—N₂ counter diffusion dynamics. In the model, the counter diffusion process is numerically coupled with the flow of the mixture gases occurring within macro-pores or fractures in coal so as to account for the interaction between diffusion and flow in gas transport through coals. The model was validated by both experimental data from literature and our CO₂ flush tests, and shows an excellent agreement with the experiments. The results reveal that the gas diffusivities, in particular the micro-pore diffusivities are strongly concentration-dependent.     

煤粉上出料式发送罐气力输送特性

在常压上出料式发送罐气力输送试验台上,以氮气为输送介质,研究煤粉气力输送特性。通过试验分析了流化风量、充压风量、提升管入口处气体注入速度对煤粉质量流量、固气比等特征参数的影响,并将典型试验工况与高压输送进行了比较。结果表明：随着流化风量的增大,煤粉质量流量、固气比均呈现先增大后减小的趋势。随着充压风量的增大,煤粉质量流量逐渐增大,固气比呈现先增大后减小的趋势。随着提升管入口处注入速度的增大,煤粉质量流量逐渐增大,固气比呈现先增大后减小的趋势。与高压输送相比,常压输送的质量固气比较高,气耗率及输送能耗较低。