哈密煤液化残渣焦气化反应活性

液化残渣是煤炭液化过程的重要副产物,将其作为气化原料进行利用有助于提高煤炭综合利用效率。基于高频炉开展不同温度条件下(1 000,1 300℃)快速热解实验制取哈密淖毛湖长焰煤焦及其液化残渣焦,采用热重分析仪考察不同气化温度(1 000,1 100,1 200,1 300℃)下煤焦和液化残渣焦的气化反应活性,并借助扫描电子显微镜、物理吸附仪和激光拉曼光谱仪对样品的理化特性(孔隙结构与碳结构)进行系统表征以关联解释焦样气化反应活性。结果表明,哈密煤焦及其液化残渣焦的气化反应活性受气化温度、孔隙结构和碳结构的共同影响。相同热解和气化温度下煤焦气化反应活性高于液化残渣焦,主要由于煤焦和液化残渣焦孔隙结构和碳结构的差异:前者孔隙结构较后者更为发达,且碳结构有序度低于后者、无定形碳结构数量高于后者;气化温度从1 000℃升至1 300℃时,煤焦与液化残渣焦的反应性指数分别从0.43和0.38提高到0.81和0.79,反应指数比值从0.88提高到0.98,表明提高气化温度可以促进气化反应进行,但孔隙结构与碳结构对气化反应活性的影响减弱;气化温度为1 300℃时,温度成为影响气化反应活性的主要因素,液化残渣焦的气化反应活性接近煤焦,这表明从气化反应活性角度而言,液化残渣可以作为气流床气化原料加以利用。     

撞击气流床气化炉内雾化过程中颗粒运动特性

基于实验室规模的撞击气流床气化炉,以水煤浆为原料进行气化实验,采用高温内窥镜及工业相机组成的可视化成像系统,在操作条件下,对水煤浆雾化过程进行拍摄。运用图像处理算法来识别和检测所得图像中的颗粒信息,利用颗粒示踪算法对颗粒进行轨迹测算。对颗粒的平均粒径、速度及角度进行统计分析。结果表明,喷嘴出口射流区内平均粒径主要集中在325～375 μm,相较于原煤颗粒较大;大部分颗粒速度集中在1～2 m·s^-1且运动过程中速度变化不大;大部分颗粒运动方向不随时间而变化,呈简单直线运动;颗粒轨迹呈现以喷嘴为起始点的扇形射线。     

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO₂气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明：孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。     

虚拟实验对实践教学的促进作用——以气流床气化炉耐火砖蚀损为例

虚拟现实( VR )技术在近几年得到了飞速发展和应用,将虚拟现实技术与教学实践相结合是新时代本科教学的新理念和新方向。教研组结合本校特色,搭建了气流床气化装置的虚拟现实教学案例,并在此基础上通过申报“大学生创新创业训练计划”项目,开设了针对本科生的多喷嘴对置式气化炉耐火砖分区侵蚀特性研究课题。学生可在构建专业知识体系的同时,充分利用 VR 教学,了解气流床气化装置;在沉浸式环境中学习气化系统配置和气化工艺;通过视听讲解着重了解气化炉关键设备中炉内耐火砖的结构、材质和功能。这种教学方法使学生在不进入工厂的条件下获取了比现场实践更全面的知识,取得了良好的教学效果。     

多喷嘴对置式气化炉撞击火焰三维温度场

基于多喷嘴对置式气化炉热态试验装置,以光学分层成像和Planck辐射定律为理论基础,建立了一种采用单套面阵CCD相机测量气化炉内三维温度场的方法.火焰监测系统安装在气化炉顶部以采集火焰图像,热电偶以及另一只相机与内窥镜组合以验证计算得到的温度场.结果表明,气化炉内整体温度维持在1,300,K左右,撞击火焰在喷嘴平面上下200,mm内形成1,950～2,150,K的高温区;该算法能够很好地还原炉内火焰的内部结构,较为准确地反映气化炉三维空间内各区域的温度分布.     

沥滤对玉米残余物结构和反应性能影响

为研究沥滤预处理对玉米残余物（玉米秸秆和玉米芯）结构、反应性能和动力学的影响,通过热重分析仪考察了生物质的反应特性,包括热解反应和气化反应,并对生物质的理化结构进行分析,包括晶格度、主要官能团和碳晶结构。结果表明,在N₂和CO₂气氛中,生物质热解反应特性类似,主要由其组成和反应温度决定。沥滤可除去生物质中的部分无机物和有机物,比如半纤维、果胶等。沥滤生物质热解的稳定性增强,而生物质焦的气化活性降低。最后,分段分析了CO₂气氛中生物质的热解和气化活化能的变化。     

多喷嘴对置式气流床气化炉内热态行为的研究进展

气流床气化具有原料适应性广、碳转化率高、单炉处理量大、环境污染小等显著优势,已成为当今煤气化技术的主流发展方向。气流床气化过程涉及高温、高压下多相流动与复杂化学反应的相互作用,炉内反应机理尤为复杂。开展多喷嘴对置式气流床气化炉内热态行为研究能为揭示气流床气化炉内反应机理、丰富和发展气流床煤气化理论体系以及为工业气化装置优化设计和长周期高效稳定运行提供重要依据。本文综述了气流床气化炉内温度场及撞击火焰结构、高温颗粒群动态特性(原位雾化、颗粒流动及演化行为)、火焰光谱辐射特性、煤灰熔融机理和流动特性、气化过程固体结构演变及其对气化反应机理的影响等多喷嘴对置式气流床气化热态行为关键科学问题的国内外研究进展。研究人员提出并验证了单视角重建气流床气化三维火焰结构及三维温度场的数学方法,揭示了气流床气化炉内热态颗粒形态、空间行为及壁面沉积过程统计学规律,基于火焰自由基分布特征揭示了撞击气化过程强化反应机理,获得了煤灰中不同矿物组分对煤灰熔融机理及流动特性的定性影响规律,系统考察了气化过程固体理化结构演变规律及其对气化反应的作用机制。展望了今后多喷嘴对置式气流床气化热态行为的研究方向。     

气流床撞击火焰声学特性与压力波动分析

利用多喷嘴对置式气流床气化炉热模试验装置,对两喷嘴对置撞击火焰声学特性和压力波动进行了测量与实验研究,并通过Hilbert-Huang变换对火焰噪声信号及压力信号进行频谱分析。结果表明,气化炉内中高频压力波动主要由火焰撞击区内复杂的燃烧状况引发,并产生50~100 Hz频段的火焰噪声。射流火焰噪声受气化炉内低频压力波动影响,并且因来自撞击区的反向流的作用,火焰噪声的幅值和波形都会受到一定的影响。撞击区的火焰噪声信号与燃烧状况有一定的对应关系,可作为气化炉内火焰状况诊断的一种方式。     

多喷嘴撞击火焰高度及频率特性

基于多喷嘴对置式水煤浆气化试验平台,利用高温内窥镜配合使用高速相机,结合火焰图像处理技术,研究了多喷嘴对置式气化炉内水煤浆撞击火焰高度及其脉动频率特征,选用的图像处理方法可实现撞击火焰高度区域图像的有效分割.结果表明,撞击火焰的平均火焰高度和最大火焰高度均随氧碳比的增大不断上升,且撞击火焰稳定性增强.撞击火焰特征频率随着氧碳比的升高而降低,主要频率特征峰的幅值降低,脉动特征频率在1～3Hz处趋于稳定.在水煤浆操作的典型氧碳比条件下,撞击火焰将不会直接冲蚀到拱顶耐火砖.     

一种时空多尺度适应的手势识别方法研究

手势交互作为一种自然便捷的交互方式,在智能家居和智能交通等领域具有日益广泛的应用前景。由于手势行为发生的速度、空间约束和用户差异的影响,同一语义手势表现出具有不同时间和空间尺度的多形态特征,这给保障手势识别的准确率带来了挑战。提出了一种基于动态时间规整DTW(Dynamic Time Warping)方法的时空多尺度手势识别方法SDTW(Spatial-Temporal Dynamic Time Warping),该方法通过对空间形态数据进行分箱操作来达到适应一定程度空间尺度变化的能力。因此,SDTW方法不仅具备DTW方法的时间尺度适应性,而且扩展了空间尺度适应性。文中实现了一个基于智能手机加速度传感设备的SDTW手势识别原型系统。实验测试验证了所提方法能够有效提升手势识别的准确率。