掺混煤液化残渣萃余物对煤粉加压输送的影响规律

将煤液化残渣萃余物(以下简称萃余物)掺混到煤粉中进行共气化是萃余物大规模资源化利用的一种方式,实现萃余物与煤共气化首先要保证该混合物料的加压密相输送过程的稳定及可控。为研究萃余物掺混到煤粉后的加压密相输送规律,针对某气化装置的原料煤粉及该煤粉掺混20%萃余物的混合粉体,首先采用HR指数和FF函数表征方法对两种粉体的流动性进行比较分析,并结合粉体的扫描电镜照片来分析颗粒微观结构对粉体流动性的影响,然后在25 mm内径输送管道中,进行背压(接收罐压力) 4和2 MPa的加压密相输送实验研究,获取粉体质量流量和质量浓度随表观气速变化的输送操作规律,最后以粉体质量流量和水平直管段压差的平均波动和最大波动幅度作为输送稳定性的评价标准,通过大数据分析得到掺混萃余物对粉体输送稳定性的影响规律。结果表明:HR指数和FF函数表征方法均说明掺混20%萃余物会导致粉体的流动性变差;在相同表观气速下,高背压4 MPa下掺混20%萃余物对粉体输送过程的质量流量影响较小,而低背压2 MPa下掺混20%萃余物则会导致粉体输送的质量流量降低;在低表观气速区,掺混20%萃余物会导致输送过程中的粉体质量浓度降低,当表观气速增大至临界气速后,输送混合粉体和煤粉时管道内颗粒的质量浓度相近;当表观气速低于4 m/s时,掺混20%萃余物的粉体输送稳定性不如煤粉,当表观气速增大至4 m/s后,混合粉体的输送稳定性提高至煤粉输送同一水平,其质量流量平均波动幅度小于4%,最大波动幅度小于15%,水平直管段压差平均波动幅度小于8%,最大波动幅度小于40%。     

不同外水含量下煤粉高压密相输送试验研究

在输送压力可达4.0 MPa的气力输送试验台上进行两种煤粉不同外水含量下的密相输送试验,研究煤粉表面性质和外水含量对流动特性的影响。结果表明：相同外水含量下,年轻煤流动性较好;中等变质煤在初始外水含量（外水M=0.40%）下存在显著的静电效应,外水含量增加,静电效应明显抑制;随着外水含量增大,中等变质煤的质量流量和固气比先略增大后逐渐减小,年轻煤则呈逐渐减小趋势;弯管当量长度系数K与输送气速近似成比例关系,相同气速下年轻煤K值逐渐增加而中等变质煤则先略有减小后急剧增大。通过试验,获得了两种煤粉高压密相输送外水含量的极限值。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

煤粉高压密相输送特性的实验研究

煤粉高压密相输送特性是煤粉输送系统设计和运行的基础。在实验装置上实现了背压1.0~4.0MPag,最高煤粉浓度640kg/m~3的煤粉高压密相输送,获得了一种高挥发分烟煤煤粉的输送规律,分析了操作参数和结构参数的影响机制。结果表明,输送压差一定,随着表观气速的减小,开始煤粉浓度缓慢增加而气固速度差迅速减小,然后煤粉浓度迅速增加而气固速度差变化缓慢。两个过程之间的转变在临界气速或者大于临界气速时发生,可能预示着管内流动形态的转变(如水平管中煤粉沉积),而且输送背压越低,煤粉流量越小,这种转变就越明显。在输送总压差一定的条件下,煤粉质量流量随着管径的增大而增大。     

摩擦因数对带式输送机输送性能影响研究

采用离散单元法,基于EDEM软件对小倾角带式输送机进行模拟仿真,研究各摩擦因数对带式输送机输送性能的影响。结果表明:随着颗粒间的摩擦因数和颗粒与输送带间的摩擦因数的增大,对机构的输送效率具有促进作用;机构所受驱动扭矩先逐渐增加后逐渐减小并最终趋于稳定;带速的增大使得物料的质量流率逐渐增加,但带速过大也会降低物料的质量流率。同样带速的增大也降低了机构的驱动扭矩。所以选择合理的输送带速度有利于提高带式输送机的输送性能。     

粉体长距离气力输送研究现状

目前长距离气力输送大多采用多级串联的方式,不仅受现场条件限制,而且管理不便。介绍了长距离气力输送的一些研究及应用现状,简要分析了水平方向粉体气力输送的压降,认为开发研究粉体长距离气力输送新技术的关键在于管道内的气固两相流动机理和管道内的摩擦特性。     

振动流化床流化特性与细粒煤干法分选

将振动能量引入气固分选流化床,形成振动分选流化床,将煤粉和磁铁矿粉混合作为二元复合加重质,利用微差压传感器在线采集床层压力信号,并采用信号时频分析方法将信号进行划尺度分解,从微观角度分析振动流化床分选过程中的流化行为特性,研究振动能量对分选流化床流化质量的作用,并利用床层压力信号能量量化研究压力波动与不同流化现象的响应;基于对6～1 mm细粒煤分选试验结果的研究,结合床层中气泡行为的演变规律,提出了细粒煤分选效果的颗粒混合熵评价方法,研究了6～1 mm细粒煤在振动流化床中的分选特性及气泡运动行为对细粒煤离析分层效果的影响。结果表明,气泡引起压降信号的能量随着气速的增加,呈先增加后降低的趋势,随着振幅和频率的增加,气泡引起的压降信号能量逐渐增大,但床层压降信号的总能量随着气速、振动频率和振幅的增大逐渐增加。此外,通过对精煤和矸石组分的颗粒混合熵判定2组分的离析程度发现,随气速的增大,颗粒混合熵的变化趋势先降低后升高,随着振动频率和振幅的增加,精煤和矸石的颗粒混合熵逐渐增大,且在振幅A=2 mm,频率f=20 Hz,流化气速v=12 cm/s条件下,床层压力波动的能量和颗粒混合熵最低,床层压降波动平稳,床层密度分布均匀,对6～1 mm细粒煤具有最佳分选效果,其分选精度E值为0.095 g/cm~3,精煤灰分为9.59%。     

临汾区块煤层气井提产阶段排采控制研究

为查找出影响临汾区块煤层气高产稳产井和峰后下降井稳产效果差异的原因,分别对高产稳产井和峰后下降井提产阶段的井底压力下降速度、日产气增速等排采控制指标进行了对比分析,首次揭示出了产气速度对煤储层压降扩展的影响机理及在排采控制中的重要性,制定出了临汾区块煤层气井提产阶段的排采参数控制指标与方法。研究表明:峰后下降井稳产效果差的原因在于提产阶段未对井底压力降速和日产气增速进行缓慢控制;产气速度过快,易引起大颗粒煤粉运移造成堵塞,且近井地带煤层中的气相相对渗透率快速增加,水相相对渗透率急剧下降,水的流动阻力增大,影响水的有效排出,造成压降扩展变慢;临汾区块煤层气井提产阶段的压降速度合理值应控制不超过0.01MPa/d,日产气增速应控制不超过15 m~3/d为宜,可采用阶梯式稳产、提产交替进行的方式进行提产。     

液化油渣萃余物大规模气化行为

煤液化油渣萃余物气化制氢既可有效解决油渣萃余物的处理问题,又可为煤直接液化装置提供所需的原料氢气,是实现液化油渣萃余物资源化利用的有效途径。针对液化油渣萃余物大规模气化应用中的关键问题,开展了液化油渣萃余物的气化反应活性、干粉输送特性及灰渣特性的相关研究,对液化油渣萃余物的干粉气化适应性进行了评估。在此基础上,依托国家能源投资集团低碳研究院3 t/d规模的密相输送和气化中试试验装置开展了相关中试试验研究,重点考察了其工艺稳定性、液态排渣情况、气化性能指标等,提出了液化油渣萃余物大规模气化的整体解决方案。最后,依据中试试验结果,运用数值模拟方法分析了在神华鄂尔多斯煤气化制氢装置进行萃余物掺烧对其气化性能的影响。结果表明,萃余物焦的气化反应活性优于煤焦,萃余物焦添加后,混合物焦的气化反应活性有所提升。当萃余物的含量不高于20%时,含萃余物混煤可在背压4 MPa、压差0.5 MPa、管径25 mm工况下稳定输送。当萃余物含量高于20%时,混煤的熔渣由玻璃渣转变为结晶渣,在气化过程中有堵渣风险。中试试验验证发现：掺混20%萃余物的混煤在中试装置中气化时,气化炉排渣口发生较为严重的堵渣现象,而当...     

基于CFD的超重力分离净化装置的流场分析

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对超重力分离净化装置内部的流体流动进行了数值分析与模拟,并且观查转速、进口速度、压降的变化对油雾颗粒速度的影响。结果表明,油雾颗粒的速度和压降随着转速增大而增大,对油雾径向速度影响不大。根据数值分析结果,可以对气-液两相流高速分离净化装置的设计提供可靠的帮助。     

高压密相气力输送煤粉流动状态识别方法

高压密相气力输送中煤粉流动状态的识别及其监测对于煤气化的安全稳定运行具有重要意义。提出一种基于阵列式静电传感器实现高压密相气固两相流动状态识别的新方法。采用EMD方法对阵列式静电传感器各电极静电信号分别进行多尺度分解,并对得到的多尺度静电信号进行样本熵和能量比计算,通过分析各电极静电信号的多尺度样本熵和多尺度能量比的分布实现对流场内颗粒流动稳定性及其状态的识别。试验结果表明:阵列式静电传感器多尺度样本熵的一致性能够表征密相气固两相流动状态的稳定性,多尺度能量比的一致性能够表征管内颗粒分布的状态;并且还揭示了静电信号低尺度分量(1,2尺度)包含悬浮流动颗粒信息,高尺度分量(3尺度以上)包含沿管底流动颗粒信息。     

基于CFD气固密相循环流化床湍动特性分析

基于欧拉-欧拉双流体模型,对新型密相循环湍动流化床进行了研究。采用SSTk-w模拟气相湍动,KTGT模拟固相颗粒脉动,用Gidaspow模型分段描述密相湍动区和稀相循环输送区气固相间耦合作用,获得了密相循环流化床气固湍动特性。CFD的模拟结果表明,密相提升管在较低气速下进入湍动状态,中心区域轴向压力均匀变化,颗粒浓度高达30%以上,轴向气穴与颗粒相间隙絮状分布,近似均匀流动,轴向颗粒速度存在一个先减小再增大的过程。在边壁区颗粒浓度高,存在强烈的气固反混。     

液氮防灭火工程中管道输送压降的计算方法

结合煤矿液氮防灭火工程实际,在对液氮输送管道传热分析的基础上,介绍并比较了用均相模型和Lockhart-Martinelli关联式计算气液两相氮管道输送压降的方法,同时分析了管壁粗糙度、管道出口处气液两相氮干度、管径、质量流速对传输压降的影响。结果表明对于干度较小情况下的两相氮适合用均相模型计算,除环状流外,Lockhart-Martinelli关联式能较好地拟合气液两相氮的压降情况;管道壁面粗糙度对管道压降影响较大,且管径越小,壁面粗糙度对压降的影响越大;压降随管道出口两相氮干度的增加先增大后减小,可以在管壁外包裹绝热材料来减小出口干度,从而减小输送压降。     

AC类协萃体系(HDEHP-TOA)萃取硫酸铀酰机理研究

本文用分配比测定平衡常数法、等摩尔系列法测萃合物组成,用凝固点降低法测有机相TOA的表观分子量,并以萃合物的红外光谱加以佐证。实验表明在C~0_H_2SO=1.97M时,TOA萃取U(VI)生成的萃台物为(R_3NH)_4UO_2(SO_4)_3,logβ_10=4.83;在pH=2.3、[SO_4~(2-)]=0.5M时,则生成(R_3NH)_2UO_2(SO_4)_2萃合物,萃取平衡常数logβ＇_10=10.0。胺铀比从4:1转变为2:1,这就解释了为什么pH>2时D_U又回升的现象。     

α 型旋风分离器放大效应的数值分析

旋风分离器放大效应显著,是影响其分离效率和压降的重要因素。利用ANSYS软件,对经过几何相似放大的筒体直径分别为80、150、240、320、450和1 000 mm的α型旋风分离器进行数值模拟,气相采用RSM模型,颗粒相采用DPM模型。结果表明:旋风分离器尺寸按几何相似放大后,在相同进口气速下,随着旋风分离器筒径的增大,切向速度、静压和湍动能均呈增大趋势;轴向速度分布由倒V形变为倒W形,不利于颗粒的分离。颗粒运动数值模拟与分离效率试验结果均表明:α型旋风分离器经过几何相似放大,筒体直径越大,颗粒运动轨迹更加紊乱,分离效率越低;旋风分离器放大效应对直径20μm以上颗粒分离效率的影响不大,对直径10μm以下颗粒的分离效率影响显著。     

集中供热长距离蒸汽管道压降和温降计算分析

长距离蒸汽供热管道压降和温降计算是集中供热蒸汽管道设计的重要内容。基于某项目案例,研究了管径DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450和DN500的蒸汽管道在不同设计流速下的压降和温降。计算结果表明:管径一定时,随着蒸汽流速的增加,压降逐渐增加,温降逐渐降低;蒸汽流速一定时,随着蒸汽管道管径的增大,压降和温降均逐渐减小;保温厚度为130 mm时,DN200～DN450规格管道在计算工况下均难以同时满足长距离蒸汽供热管道压降和温降要求,而DN500规格管道在蒸汽流速15 m/s时可达到设计要求;增加保温厚度可降低温降,管径越小则下降幅度相对越大,若保温厚度增加至230 mm,DN200-DN400管道难以同时满足压降和温降要求。从研究结果分析可知,规格较大的管径更适宜用于长距离蒸汽输送。     

工艺条件对费托铁基催化剂气固流化特性的影响

传统上浆态床费托合成铁基催化剂主要采用浆态床反应器进行还原,之后转移至费托合成反应器中进行反应。随着费托合成反应器规模的扩大,配套的浆态床还原技术显现出了生产能力小,还原周期长等不足。通过对费托合成铁基催化剂气固流化特性进行研究,开发产能大、还原周期短的气固流化床还原技术能够显著提高费托合成装置的经济效益。在分析了费托铁基催化剂物性参数的基础上,利用氢气和氮气的混合气模拟还原合成气,在能够升温加压的不锈钢气固流化床反应器内,研究了工艺条件对催化剂气固流化特性的影响,包括温度、压力条件对床层压差脉动幅值的影响,温度、表观气速对反应器床层内气固分布的影响,并结合数值模拟揭示了加压条件下表观气速和温度条件对反应器床层轴向和径向的颗粒体积分数分布、径向颗粒速度分布的影响规律,获得了加压条件下床层从鼓泡流化态到湍动流化态的转变速度并与常压结果进行了对比。实验结果表明,压力增加能够降低床层压差脉动幅值;床层气固分布变化规律及关联计算结果表明在3.0 MPa条件下床层由鼓泡流化态转变为湍动流化态的气速为0.26 m/s。床层不同高度的径向模拟结果表明,在不同表观气速下,反应器内颗粒体积分数都沿径向呈中心稀、边壁浓的"环-核结构",颗粒速度沿径向呈中心上行、边壁下行的流动趋势;温度升高会造成床层压差脉动幅值减小,但对颗粒体积分数和颗粒速度分布的影响并不显著。在气固流化床的工业运转中适当加大操作压力,利于湍动流化态的形成及流化质量的改善。     

颗粒过滤器除尘效率的实验研究与数学建模

为开发煤热解工艺的高温荒煤气脱尘技术,在错流式固定床颗粒过滤实验平台上测试了表观气速、粉尘浓度、过滤介质粒度和床层厚度等关键参数对除尘器除尘效率的影响。结果表明,粉尘浓度在10.0~96.8 g/m~3范围内增大且颗粒床表层过滤作用显著时,除尘器效率先增大后减小;大粒径瓷球对应的除尘效率较低,但压降降低显著;床层厚度增大,过滤器的除尘效率和压降均增大。过滤器运行初始状态,床层过滤过程属于深层过滤,随粉尘在床层内沉积,迎流面表层过滤作用增强,可直接脱除45.0%~52.0%的粉尘。建立了描述错流式颗粒过滤过程的一维非稳态数学模型,使之可以预测过滤平台在不同操作条件下的净床除尘效率和粉尘沉积率。应用该模型,预测热解气气氛下过滤器(床层厚度0.6 m,填充6 mm瓷球)的净床除尘效率有所下降,为82.94%。     

煤层气井煤粉颗粒表观机械运移规律

煤粉颗粒在煤层气井的排采过程中会随着流体运移至井筒,研究煤粉颗粒在井筒中的运移规律,对于优化排采参数、避免煤粉在井筒内沉积甚至埋泵非常必要。自行设计了煤粉颗粒运移实验装置,开展了煤粉颗粒静态沉降实验和动态运移实验,得到了煤粉颗粒静态沉降末速和最小携带速度。结合球形颗粒自由沉降末速的理论计算公式,建立了煤粉颗粒实际沉降末速的计算模型,并确定了不同目数煤粉颗粒的最小携带速度与实际沉降末速间的关系,最终建立了煤层气井最小日排水量的计算公式。研究表明,对于产水量较小的井,流体携带煤粉颗粒的能力与煤粉颗粒的粒径、井筒内流体流速间的关系敏感,本文提出的最小排水量计算公式对于煤层气井的排采参数设计具有一定的指导作用。     

基于弧面法的摩擦式提升机衬垫摩擦性能测定

摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力是摩擦式提升机工作可靠和安全与否的关键因素。提出了一种基于弧面法研究摩擦衬垫与钢丝绳摩擦学特性的测量方法,在自研制的摩擦衬垫与钢丝绳动态微滑移摩擦实验平台上开展摩擦实验,通过测量摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力与相对滑移,判定衬垫与钢丝绳之间的黏滑规律,并基于测试曲线研究了衬垫与钢丝绳之间摩擦因数的变化规律。结果表明,干摩擦时K25衬垫摩擦因数随着比压的增大而减小,随滑速的增大先增大,后不断减小,滑速2 mm/s时达到最大值,涂增摩脂时摩擦因数随比压、滑速的增大而减小。衬垫的摩擦因数与比压成反比线性关系,说明摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦以黏着摩擦为主。对比平面法测量摩擦衬垫的结果发现平面法测量的摩擦因数偏大。