新型双通道煤粉燃烧器流场模拟

为了优化新型双通道煤粉燃烧器结构参数,采用计算流体动力学软件建立燃烧器-回转窑物理模型,使用κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,对回转窑内流场进行冷态数值模拟。分析旋流角度和旋流风速变化对回流区的影响,结果表明:喷嘴附近二次风存在旋转现象;旋流风角度增大,回流区范围扩大,向靠近燃烧器方向移动,旋流风速增大,回流区范围增加幅度较小;低旋流角度,依赖轴向速度差卷吸二次风,高旋流角度加快旋流风径向扩散,不利于卷吸二次风。     

高速煤粉燃烧器内燃烧特性数值模拟及结构优化

高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60~200 m/s,炉膛内火焰较长,对流换热比例提高,使得炉膛内温度分布均匀,没有传统低速煤粉燃烧器火焰短,炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明,当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时,燃烧器内回流区形状变化不大,从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束,回流区环绕一次风管;最大回流量在一次风喷口附近,距离一次风喷口越远,回流量越小;旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大,喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右,当距喷口超过一定距离(L/H<0.35)时,旋流强度对回流量的影响开始变得明显,表现为旋流强度越大,回流区末端回流量越大,回流区末端回流量最大为0.30 kg/s,最小为0.17 kg/s。研究燃烧器喷口处燃烧状态表明,喷口处火焰旋流强度为0.10~0.28,与入口旋流强度正相关,火焰喷射速度150 m/s,为中等旋流强度的高速旋流火焰;喷口中心区可燃性组分富集,缺氧,燃料和氧气分层分布。当旋流强度提高,喷口中心区可燃性组分浓度降低,CO浓度从11%降低到10%,H2浓度从1.65%降低到1.40%,焦炭浓度从0. 14%降低到0. 11%,喷口边缘O2浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小,说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200℃下二次风温度对燃烧的影响,结果表明,当二次风温度提高,煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低,从0.15 s降低到0.11 s,但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%,达到65%。对燃烧器结构进行优化,加入中心风,对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态,结果表明,加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低,采用直流时由于气流刚性较强,喷口中心区氧气浓度升高,采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱,对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。     

600 MW旋流对冲锅炉燃烧器燃尽特性及其优化数值模拟

在实际运行中,旋流对冲燃烧锅炉的大风箱分配到同层各燃烧器的流量不均匀,显著影响煤粉的燃尽特性。然而,对该炉型锅炉炉内单个燃烧器的燃尽特性研究相对较少。基于此,以一台600 MW前后墙旋流对冲锅炉为对象,开展炉内燃烧器燃尽特性及其优化的数值模拟,探究燃烧器不同配风方式、旋流强度及出力对煤粉燃尽特性影响。模拟结果表明,下层燃烧器对应的飞灰含碳量高于中、上层燃烧器;中间燃烧器对应的飞灰含碳量(平均值约0.1%)低于两侧燃烧器(平均值约3%),这与现场测量的结果基本一致。侧墙附近燃烧器煤粉的不完全燃烧是锅炉出口飞灰含碳量的主要来源。适当减少中间燃烧器的风量并增加侧墙附近燃烧器的风量对中间燃烧器煤粉的燃尽特性影响相对较小,但能有效改善靠近侧墙燃烧器煤粉的燃尽特性(飞灰含碳量从3.0%降至1.6%以内);适当增加侧墙附近燃烧器二次风旋流强度或提高中间燃烧器出力、降低侧墙附近燃烧器出力,也可有效降低侧墙燃烧器对应的飞灰含碳量(2%以内),改善锅炉煤粉燃尽特性。     

低流量煤粉稳燃燃烧器的研究与应用

结合煤粉工业锅炉煤粉流量低和炉膛容积小的特点,运用内二次旋转风、锥形钝体和有限预燃室空间相结合的稳燃技术,开发出一种低流量煤粉稳燃燃烧器。运用CFD技术研究了一次风速、内二次风速、内二次风旋流强度和钝体阻塞率等参量变化对回流区大小和回流速度的影响。提高内二次风速,回流区长度和平均回流速度皆呈现缓慢增加趋势;增加内二次风旋流强度,回流区长度和平均回流速度能较快增加,能明显提高回流区卷吸高温烟气热量;钝体阻塞率为1.070是比较合适的。该燃烧器应用到蒸发量4 t/h煤粉工业锅炉上,能够稳定燃烧,提高锅炉热效率10%～18%。     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路。通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性。污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35%,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素。由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11. 3℃,燃尽温度低于煤粉13. 6℃,其最大吸热速率为0. 504 k W/kg,占水煤浆最大放热速率的56. 05%,总吸热量为1. 917 MJ/kg,占燃烧放热量的9. 94%;掺烧20%污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12. 3℃,燃尽温度低59. 1℃,水蒸发吸热量为0. 546 kW/kg,比水煤浆燃烧高8. 4%,总放热量为16. 88 MJ/kg,比水煤浆燃烧低12. 5%。通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果。14 MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25%左右的污泥水煤浆。污泥水煤浆中水含量由0增至35%时,平均每提高1%水含量,燃烧器出口温度下降7. 95℃,燃烧器内平均温度下降7. 69℃;水含量为35%时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃。污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现。二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0. 6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的。     

燃烧器上摆角度对四角切圆锅炉再热蒸汽温度偏差影响的数值模拟

采用燃烧器上摆和附加风上摆角度偏差设置的方法来降低锅炉烟温偏差和再热蒸汽温度偏差。对一台700 MW四角切圆燃烧锅炉不同燃烧器上摆角度条件下的炉内燃烧过程进行了数值模拟,模拟结果与试验值符合较好。燃烧器上摆角度增加,炉内气流的旋转动量矩和屏区入口的残余旋转动量矩减小,水平烟道内烟气速度和温度偏差降低。附加风上摆角度的偏差设置可降低屏区入口的残余旋转动量矩,进而减小烟气速度和温度偏差。燃烧试验表明,燃烧器上摆11°和附加风上摆角度的偏差设置10°可将再热蒸汽温度偏差由20℃左右降低至4℃以下,是一种有效降低烟气和再热蒸汽温度偏差的手段。     

新型低氮燃气分级燃烧器燃烧特性和NOx排放的CFD研究

应用CFD软件Fluent数值模拟了某二甲苯塔再沸炉在役油气联合燃烧器燃烧和NOx排放特性,分析了其NOx排放浓度较高的原因,提出了新型低NOx燃气分级燃烧器的改造方案,并数值模拟了新型燃烧器空气预热温度Tair、过剩空气系数α和主辅喷枪燃气质量分率Rp对辐射室壁面热通量、出口温度、火焰高度和炉膛出口NOx排放浓度的影响。针对在役燃烧器的模拟结果与现场运行数据吻合良好,说明所选模型能够正确模拟炉膛内部的流动、辐射、燃烧和NOx生成过程。新型燃烧器模拟结果表明,增加Tair会增加辐射壁面热通量,同时也会增加NO的排放;辐射壁面热通量随α增加而降低,NOx排放浓度随α增加而增加;Rp对炉内传热和NOx排放的影响并不明显。当Tair = 220℃、α = 1.05及Rp= 0.24时,新型燃烧器在模拟范围内达到最佳运行工况,辐射壁热通量为37.45kW/m2,NOx排放浓度为12.1μL/L。     

新型动态旋流燃烧器的燃烧特性数值研究

基于旋流燃烧技术,自行设计了一款动态旋流燃烧器,通过电机带动旋流叶片旋转以获得不同的旋流强度。对燃烧器五组旋流叶片转速（v=600 rad/min、900 rad/min、1200 rad/min、1500 rad/min和1800 rad/min）工况进行了数值模拟。结果表明：当旋流叶片转速v=600 rad/min时,燃烧室内没有形成中心回流区域;随着v的增大,中心回流区域的形成直接影响火焰结构和高温区域面积,高温区面积明显减小,并逐渐向燃烧室前段移动,燃烧室内整体温度均匀性得到很好地改善。燃烧室出口NO排放量先增大后减小,在旋流叶片转速v=900 rad/min时,NO排放量达到峰值。当v从900 rad/min增大至1800rad/min时,燃烧室出口处NO排放量降低了98.71%。较高的旋流叶片转速对于提高燃烧器的燃烧效率和燃烧室的整体工作性能,以及降低污染物排放是一个好的选择。     

420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%～70%),而飞灰含碳量保持在3%～4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。     

Insect antifeedant properties of anthranoids from the genusVismia

Vismiones and ferruginins, representatives of a new class of lypophilic anthranoids from the genusVismia were found to inhibit feeding in larvae of species ofSpodoptera, Heliothis, and inLocusta migratoria.     

Direct observation of freeze-thaw instability of latex coatings via high pressure freezing and cryogenic SEM

Despite its industrial importance, the subject of freeze-thaw (F/T) stability of latex coatings has not been studied extensively. There is also a lack of fundamental understanding about the process and the mechanisms through which a coating becomes destabilized. High pressure (2100 bar) freezing fixes the state of water-suspended particles of polymer binder and inorganic pigments without the growth of ice crystals during freezing that produce artifacts in direct imaging scanning electron microscopy (SEM) of fracture surfaces of frozen coatings. We show that by incorporating copolymerizable functional monomers, it is possible to achieve F/T stability in polymer latexes and in low-VOC paints, as judged by the microstructures revealed by the cryogenic SEM technique. Particle coalescence as well as pigment segregation in F/T unstable systems are visualized. In order to achieve F/T stability in paints, latex particles must not flocculate and should provide protection to inorganic pigment and extender particles. Because of the unique capabilities of the cryogenic SEM, we are able to separate the effects of freezing and thawing, and study the influence of the rate of freezing and thawing on F/T stability. Destabilization can be caused by either freezing or thawing. A slow freezing process is more detrimental to F/T stability than a fast freezing process; the latter actually preserves suspension stability during freezing. Presented at the 82nd Annual Meeting of the Federation of Societies for Coatings Technology, October 27–29, 2004 in Chicago, IL. Tied for first place in The John A. Gordon Best Paper Competition.     

Ethanol and (−)-α-Pinene: Attractant Kairomones for Bark and Ambrosia Beetles in the Southeastern US

In 2002–2004, we examined the flight responses of 49 species of native and exotic bark and ambrosia beetles (Coleoptera: Scolytidae and Platypodidae) to traps baited with ethanol and/or (−)-α-pinene in the southeastern US. Eight field trials were conducted in mature pine stands in Alabama, Florida, Georgia, North Carolina, and South Carolina. Funnel traps baited with ethanol lures (release rate, about 0.6 g/day at 25–28°C) were attractive to ten species of ambrosia beetles (Ambrosiodmus tachygraphus, Anisandrus sayi, Dryoxylon onoharaensum, Monarthrum mali, Xyleborinus saxesenii, Xyleborus affinis, Xyleborus ferrugineus, Xylosandrus compactus, Xylosandrus crassiusculus, and Xylosandrus germanus) and two species of bark beetles (Cryptocarenus heveae and Hypothenemus sp.). Traps baited with (−)-α-pinene lures (release rate, 2–6 g/day at 25–28°C) were attractive to five bark beetle species (Dendroctonus terebrans, Hylastes porculus, Hylastes salebrosus, Hylastes tenuis, and Ips grandicollis) and one platypodid ambrosia beetle species (Myoplatypus flavicornis). Ethanol enhanced responses of some species (Xyleborus pubescens, H. porculus, H. salebrosus, H. tenuis, and Pityophthorus cariniceps) to traps baited with (−)-α-pinene in some locations. (−)-α-Pinene interrupted the response of some ambrosia beetle species to traps baited with ethanol, but only the response of D. onoharaensum was interrupted consistently at most locations. Of 23 species of ambrosia beetles captured in our field trials, nine were exotic and accounted for 70–97% of total catches of ambrosia beetles. Our results provide support for the continued use of separate traps baited with ethanol alone and ethanol with (−)-α-pinene to detect and monitor common bark and ambrosia beetles from the southeastern region of the US.     

Methyl 2,4,6-decatrienoates Attract Stink Bugs and Tachinid Parasitoids

Halyomorpha halys (Stål) (Pentatomidae), called the brown marmorated stink bug (BMSB), is a newly invasive species in the eastern USA that is rapidly spreading from the original point of establishment in Allentown, PA. In its native range, the BMSB is reportedly attracted to methyl (E,E,Z)-2,4,6-decatrienoate, the male-produced pheromone of another pentatomid common in eastern Asia, Plautia stali Scott. In North America, Thyanta spp. are the only pentatomids known to produce methyl 2,4,6-decatrienoate [the (E,Z,Z)-isomer] as part of their pheromones. Methyl 2,4,6-decatrienoates were field-tested in Maryland to monitor the spread of the BMSB and to explore the possibility that Thyanta spp. are an alternate host for parasitic tachinid flies that use stink bug pheromones as host-finding kairomones. Here we report the first captures of adult and nymph BMSBs in traps baited with methyl (E,E,Z)-2,4,6-decatrienoate in central Maryland and present data verifying that the tachinid, Euclytia flava (Townsend), exploits methyl (E,Z,Z)-2,4,6-decatrienoate as a kairomone. We also report the unexpected finding that various isomers of methyl 2,4,6-decatrienoate attract Acrosternum hilare (Say), although this bug apparently does not produce methyl decatrienoates. Other stink bugs and tachinids native to North America were also attracted to methyl 2,4,6-decatrienoates. These data indicate there are Heteroptera in North America in addition to Thyanta spp. that probably use methyl 2,4,6-decatrienoates as pheromones. The evidence that some pentatomids exploit the pheromones of other true bugs as kairomones to find food or to congregate as a passive defense against tachinid parasitism is discussed.     

2007～2008年世界塑料工业进展

收集了2007年7月～2008年6月世界塑料工业的相关资料,介绍了2007～2008年国外塑料工业的发展情况,提供了世界塑料产量、消费量及全球各类树脂的需求量及产能情况.按通用热塑性树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂)、工程塑料(尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚)、特种工程塑料(聚苯·硫醚、液晶聚合物、聚醚醚酮)、通用热固性树脂(酚醛、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、环氧树脂)不同品种的顺序,对树脂的产量、消费量、供需状况及合成工艺、产品应用开发、树脂品种的延伸及应用的进一步扩展等技术作了详细介绍.     

2005～2006年国外塑料工业进展

收集了2005年7月～2006年6月国外塑料工业的相关资料,介绍了2005—2006年国外塑料工业的发展情况。提供了世界塑料产量、消费量及全球各类树脂生产量以及各国塑料制品的进出口情况。作为对比,介绍了中国塑料的生产情况。按通用热塑性树脂（聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂）、工程塑料（聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚）、通用热固性树脂（酚醛、聚氨酯、不饱和树脂、环氧树脂）、特种工程塑料（聚苯硫醚、液晶聚合物、聚醚醚酮）的品种顺序,对树脂的产量、消费量、供需状况及合成工艺、产品开发、树脂品种的延伸及应用的扩展作了详细的介绍。