铁基载氧体化学链燃烧还原过程的数学模型

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9%,总还原度的平均误差为11.2%.研究表明：铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23%,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95%和40%;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1~2 mm.     

梭式窑富氧燃烧的数值模拟

利用CFD软件对小型梭式窑进行了富氧燃烧的数值模拟,研究了不同氧浓度对窑内温度分布和NO分布的影响,找到了最合适的氧浓度,并进一步研究了不同喷嘴布置对窑内温度和NO生成的影响,为寻求最佳喷嘴布置提供参考.     

天然气单蓄热烧嘴富氧燃烧的数值模拟

建立了天然气单蓄热烧嘴的物理模型和数学模型,采用CFD软件对蓄热式烧嘴的燃烧过程进行了三维数值模拟。研究表明:氧气浓度的提高可以提高炉内温度,增加火焰的长度和直径,提高烟气黑度,从而加强炉内的传热。     

化学动力学机理耦合EDC燃烧模型对湍流扩散火焰的数值模拟

将化学动力学机理耦合燃烧模型进行湍流燃烧数值模拟有重要意义.在分析目前现有燃烧模型的基础上,采用CH4/空气化学反应动力学机理和EDC燃烧模型对燃烧器中的二维湍流扩散燃烧进行模拟,得到了燃烧温度、物种浓度随空间的变化曲线图,经分析发现,计算结果可以较好反应文献中的解析解.由此得出结论:将化学动力学机理耦合EDC燃烧模型可以较好地模拟湍流扩散燃烧的火焰结构,从而为工程实际复杂燃烧情况下的污染物、中间物种和痕迹量物种生成机理的研究提供基础.     

高炉采用氧煤燃烧器后回旋区煤粉燃烧过程的数值模拟

针对高炉风口前回旋区内氧煤燃烧器喷入煤粉燃烧的过程，应用数值模拟方法对氧煤燃烧器在不同喷煤粉量和氧浓度条件下的燃烧过程进行了计算机数值模拟。结果表明，高炉风口产生的回旋区流场及温度场有利于煤粉的燃烧，而氧浓度大则有利于煤粉较早着火及较高的燃烬率。     

基于数值模拟的热风炉燃烧模型

以首钢迁安2号高炉热风炉为研究对象,采用数值模拟的方法求出不同操作条件下拱顶温度以及燃烧效率,并求得正确表达空气预热温度、煤气流量、空燃比以及煤气成分与拱顶温度和燃烧效率关系的数学模型.该模型在满足拱顶温度约束的条件下,以热风炉燃烧效率为优化目标,得到热风炉的最佳操作模式.     

基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯处理性能

采用反应管对基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯(VAM)处理性能展开了研究.结果表明,经活化后的三种载氧体均能将CH₄完全转化为CO₂,其活性顺序为CuO60/γ-Al₂O₃ > NiO60/γ-Al₂O₃ > Fe₂O₃60/γ-Al₂O₃;基于CuO60/γ-Al₂O₃的CH₄转化率随空速的增加而减小,随CuO负载量和床层温度的升高而增大;煤矿通风瓦斯中的CH₄浓度越低,CH₄转化率达到90%所需的床层温度就越低;对活性物质低分散高负载的CuO60/γ-Al₂O₃和活性物质高分散低负载的CuO5.5/γ-Al₂O₃两种CuO/γ-Al₂O₃系载氧体进行了比较,发现两种载氧体的CH₄转化机理均包含有化学链燃烧和催化燃烧两种机理,基于催化燃烧机理的CH₄转化率在一定温度下存在极大值,当床层温度高于该极大值温度时,化学链燃烧对CH₄转化率的贡献明显大于催化燃烧对CH₄转化率的贡献;相同条件下,CuO5.5/γ-Al₂O₃的初期活性优于Cu60/γ-Al₂O₃,但CuO60/γ-Al₂O₃的活性稳定性优于CuO5.5/γ-Al₂O₃.     

天然气富氧燃烧的温度场模拟及对钢坯加热过程的影响分析

富氧燃烧是一种节能高效的燃烧技术,近年来逐渐引起了工业领域的广泛关注。首先基于计算流体力学原理,对不同氧含量条件下的富氧燃烧工况进行数值模拟,获得了炉内温度场随富氧率变化的规律;在此基础上,基于非稳态条件下圆柱形钢坯加热的模型,进一步分析了富氧燃烧对钢坯加热的影响。计算结果表明,富氧燃烧可显著提高炉内温度和钢坯加热速度,从而有效降低燃料消耗量,提高工业炉的产能。     

原位还原制备改性铁精矿载氧体的反应性能

针对铁基载氧体高温下易烧结团聚的问题,采用原位还原法制备了不同Al/Fe物质的量配比的白云鄂博铁精矿改性载氧体,在热重分析仪上进行CO恒温还原实验和还原-氧化循环实验,研究了反应温度、Al/Fe物质的量配比对载氧体还原性能和循环性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜能谱仪（SEM）和比表面及孔径分析仪（BET）对载氧体进行表征。结果表明：随着Al添加量增多,改性载氧体的比表面积逐渐减少,CO还原性逐渐降低;改性载氧体的还原转化主要分为两个阶段,Al添加可以加快载氧体中FeO向Fe的转化;改性载氧体的还原-氧化循环都有一个反应活性激活的过程,Al/Fe物质的量比为2:8的改性载氧体在多次还原-氧化循环过程中表现出良好的抗烧结团聚性能。     

烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H₂还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H₂还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段(Fe₂O₃-Fe₃O₄/FeO,还原转化率< 25%)可采用二阶反应模型(M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol^-1,指前因子为A₀=1.053×10^-2 s ^-1;第二反应阶段(Fe₃O₄/FeO-Fe,还原转化率> 25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol^-1,指前因子为A₀=1.066×10^-2 s ^-1.     

氧气高炉风口前燃烧带数值模拟

根据气膜传质控制理论,在物料平衡和能量平衡的基础上,建立了O2高炉风口前燃烧带数学模型,模拟了不同鼓风速度和O2湿度条件下风口前燃烧带内气体各组分浓度场和温度场分布情况。模拟结果表明：改变鼓风速度可以调节风口前燃烧带气体温度和浓度分布,从而调节O2高炉软熔带形状及煤气流分布;增加鼓风湿度可以降低风口理论燃烧温度,增大还原煤气中H2含量。     

氧煤燃烧熔分炉熔渣喷溅数值模拟

针对氧煤燃烧熔分炉在熔炼过程中的喷溅行为,采用Fluent软件中VOF多相流模型耦合Realizable k-ε湍流模型进行数值模拟,利用水模试验加以验证,对熔分炉熔渣喷溅过程进行研究,探究不同工艺参数(流量、倾角、直径和浸没深度)对喷溅高度的影响。结果表明,熔渣喷溅由残余部分动能的气泡逸出破碎产生;随着氧枪流量的增大,其喷溅高度不断增加,流量为0.28 kg/s时喷溅达到3.13 m;倾斜角度增加造成喷溅高度先增加后减小,倾角为-10°时喷溅高度最大为3.07 m;增加氧枪直径,喷溅高度先增大后减小,在直径为30 mm时喷溅最高为3.09 m;减小氧枪浸没深度有利于降低喷溅高度,当浸没深度为150 mm时,喷溅高度约为3.075 m。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H₂O和CO₂含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明:三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H₂O和CO₂的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

燃烧室喷嘴的优化设计与仿真模拟

通过建立圆管状燃烧室内煤粉燃烧的数学模型,对燃烧室回流区的温度场数值模拟.结果表明,不同的喷嘴对燃烧有着重要影响,钝体喷嘴最适合本燃烧室的要求.数值模拟与实验结果能基本吻合,所建立的数学模型为燃烧室几何结构设计和燃烧过程操作中进行定量分析的有效手段.     

焦炉燃烧室煤粉-燃气混燃过程数值模拟

为简化焦化厂煤粉资源化利用工艺,改善焦炉燃烧室炉墙温度均匀性,提出新型煤粉-燃气混燃供热模式,并通过数值模拟方法研究了喷煤时空燃比、喷煤位置对JN60焦炉燃烧室内温度特征、炉墙温度分布的影响。结果表明,当空燃比为1.2∶1.0时,燃烧室中部喷吹煤粉会降低炉墙平均温度、增加炉墙高向温差;喷吹煤粉条件下增大空燃比能有效提升炉墙温度;煤粉在燃烧室底部喷吹时可起到延迟燃烧、提高炉墙高向温度均匀性的效果。     

铁基粉末冶金液压马达阀板压制成形数值模拟

利用数值模拟软件DEFORM-3D对铁基粉末冶金液压马达阀板的压制成形过程进行数值模拟。研究了5种不同成形工艺参数方案条件下阀板压坯各区域的密度与整体密度的分布情况,分析了阀板外台阶和斜内台阶的成形密度与压坯整体密度分布不均匀的根本原因,获得了较优的阀板压制成形工艺参数并进行了生产实践验证,对提高同类铁基粉末冶金零件的成形工艺设计合理性具有重要借鉴意义。     

氧煤燃烧熔分炉炉料沉降与传热行为数值模拟

 回转窑预还原-氧煤燃烧熔分炼铁工艺直接使用宽粒级的粉矿入炉,炉料颗粒经回转窑内煤气逆流换热和预还原后,通过沉降管到达氧煤燃烧熔分炉。为避免沉降区域内炉料颗粒冲刷炉壁、壁面堆积及气固传热不均现象,实现颗粒沉降与传热过程的耦合控制,最大限度降低炉料与熔池温度差,保证熔池熔炼稳定,达到良好的冶炼效果,利用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)研究氧煤燃烧熔分炉熔池上部区域煤气流速和炉料粒径对炉料颗粒在逆流煤气作用下的沉降轨迹与传热行为的影响。数值模拟结果表明,随着煤气流速增大,炉料颗粒的沉降速度减小,煤气对小粒径炉料颗粒的作用尤为明显。煤气流速为1 m/s时,每种粒径的炉料颗粒沉降效果良好;煤气流速为2 m/s时,粒径为1.0、1.5、2.0 mm的炉料颗粒沉降效果相对较好;煤气流速为3 m/s时,粒径为1.5、2.0 mm的炉料颗粒能够顺利沉降。针对炉料颗粒传热行为,煤气流速越大,炉料粒径越小,则炉料颗粒的传热效果越好。综合炉料传热与沉降行为,粒径为1.0 mm左右的炉料颗粒在煤气流速为1和2 m/s作用下,炉料颗粒的沉降速度和传热情况均良好。