氮基气氛基础讲座(五)——氮基热处理气氛

氮基气氛是以氮气为基本成分并加入适量的添加剂制备而成(炉内直接生成或炉外制备)的一种可控热处理气氛。近几年来,国外已经出现的几种氮基热处理成分见表16所示,在氮基气氛中,N_2可占炉内气氛的40～97.8％。 实践表明。实用的氮基保护气氛应含有少量的还原性气体,如CO、H_2等,用以防止微量氧的作用;在氮基化学热处理中,炉内气氛还应具有一定的碳势或氮势。解决这些问题     

热处理炉保护气氛碳势的计算

在炉内工件热处理的工艺过程中常采用保护气体 ,对其成分的控制取决于炉子的温度制度和金属成分。当金属表面存在脱碳问题时 ,则要求保护气氛具有一定的碳势值。本文提出了热处理炉可控气氛的碳势值计算方法 ,以选定碳势值 ,保证在给定的热处理工艺条件下碳能均匀地到达金属表面。观察表明 ,钢料退火炉中采用的气氛一般含有水蒸汽和二氧化碳气体。减少脱碳和提高碳势的最常用的措施是加入天然气 (甲烷 )。文中根据化学平衡原理推导出碳势的计算公式为[C]=3αKp X +0 .5 9式中 :Kp 为反应式 CO2 +H2 CO+H2 O的平衡常数 ;α为估计碳的饱…     

水蒸气和二氧化碳对金属载氧体抗积碳特性的影响

针对化学链燃烧中金属载氧体表面积碳现象影响其活性的问题,本研究借助小型流化床实验台,研究了在不同反应温度(650、750、850和950℃)及反应气氛(CH_4和CO+H_2)下,机械混合法制备Ni基和Fe基两种金属载氧体的碳沉积特性,并探讨了加入水蒸气或CO_2对金属载氧体还原反应积碳过程的抑制作用.结果表明:在两种反应气氛中,金属载氧体均出现不同程度的积碳现象,但CO+H_2气氛下积碳量较少;加入水蒸气或CO_2能够明显抑制金属载氧体表面积碳现象;且在CO气氛下,加入水蒸气可完全消除金属载氧体表面积碳;XRD(X射线衍射)结果进一步表明加入水蒸气或CO_2可有效抑制金属载氧体表面积碳的产生,且水蒸气的抑制效果优于CO_2。     

超细煤粉快速热解轻质烃释放规律与机理分析

为了更详细地了解超细煤粉在热解时的反应机理,在高温管式沉降炉中,当炉膛温度为1 030℃、1 130℃、1 210℃和1 310℃时对煤粉进行快速热解实验,并测定热解气中轻质烃各组分的释放量。结果表明:随着煤粉粒径的减小,在大多数热解温度下轻质烃中CH_4,C_2(C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6)和C_3H_8释放量先增加后减少;低阶煤的轻质烃释放量大于高阶煤;热解气氛对热解产物的释放量影响较大,CO_2气氛下轻质烃各组分的释放量明显小于N_2气氛下。     

O2/CO2气氛下炉内煤粉切圆燃烧数值研究

对某电厂600 MW切圆燃烧锅炉进行了O2/CO2气氛下炉内流动、传热和燃烧过程的数值研究。结果表明:在O2/CO2气氛下,随着氧气摩尔浓度的增加,炉内温度升高,高温区变大,对煤粉的着火燃烧有利;但考虑到燃烧器安全和水冷壁结渣,氧气摩尔浓度不能太高,对燃用文中煤质的锅炉其极限摩尔浓度在40%至45%之间。O2/CO2气氛对现有切圆燃烧锅炉的上层燃烧器煤粉的燃烧影响较小,对下层燃烧器煤粉的燃烧影响较大。与空气气氛煤粉燃烧相比,炉内火焰中心上移,且在氧气摩尔浓度不太高时,炉内温度分布特性有利于防止水冷壁的结渣。     

基于碳氧原子比空间的富氧燃烧火焰结构及碳黑初生分析

针对富氧C_2H_4/O_2/N_2和C_2H_4/O_2/CO_2对冲火焰,采用详细的化学反应机理进行了数值模拟,在碳氧原子比(C/O)空间下分析了火焰结构和碳黑颗粒初生以及CO_2代替空气中的N_2对碳黑初生的影响.结果表明:在O_2/N2和O_2/CO_2气氛下,随着化学计量混合分数(Zst)的增加,C/O空间下对冲火焰的火焰面位置不变,对应的C/O_原子比值分别为0.50、0.53.在C/O_空间下,两种气氛下,随着Zst的增加火焰中C_6H_6出现的位置不变,C/O原子比值都为0.47左右.当用CO_2代替空气中的N_2时,火焰温度降低,同时使CO_+OH■CO_2+H的逆反应增强,导致火焰中的C_2H_2、H的摩尔分数减少,OH的摩尔分数增加,抑制碳黑的初生.     

O_2_CO_2燃烧方式下燃煤Hg排放试验研究

采用沉降炉实验系统及燃煤烟气汞在线分析仪,试验研究了空气和O2/CO2气氛下,O2浓度、CaO和Fe2O3对煤样Hg排放的影响。从空气气氛切换至20%O2/CO2气氛时,褐煤烟气中气态单质汞(Hg0(g))浓度略降低,气态总汞(HgT(g))浓度略升高,烟煤则呈现相反趋势。O2/CO2气氛下,O2浓度为20%～25%时,烟煤的HgT(g)浓度变化不大,约19μg/m3;O2为30%时,HgT(g)浓度显著升高至23.2μg/m3;Hg0(g)浓度基本未受影响。CaO和Fe2O3可抑制Hg排放,且O2/CO2气氛下的效果优于空气气氛。CaO添加后可显著降低Hg0(g)浓度,同等O2浓度下,O2/CO2气氛更有利于HgT(g)的减排。Fe2O3加入后,HgT(g)浓度有所降低,O2浓度升高,Hg0(g)氧化随之增强。     

某600 MW锅炉高温腐蚀和烟温偏差控制的数值模拟研究

某600 MW四角切圆锅炉低氮燃烧改造后一直存在炉内高温腐蚀和两侧再热汽温偏差大的问题,对炉内贴壁气氛进行试验测试并进行数值模拟计算。结果表明:炉内局部还原性气氛尤为浓烈,特别是4号角区域,局部CO体积分数达到了12%; SOFA风量降低至总风量的20%后,炉内CO和H_2S体积分数明显减小,出口NO_x体积分数上升幅度在20%以内; 4号角二次风量低亦是再热汽温偏差较大的主要原因。在锅炉实际运行中降低燃尽风率、加大4号角二次风量,两侧汽温偏差均小于3℃,贴壁区域局部过强还原性气氛亦得到改善。     

直生式氮基气氛热处理初步研究

本文介绍了以98％工业氮或碳分子筛富氮为载体气加入适量的有机添加剂直接在热处理炉内制备氮基热处理气氛,研究了用于渗碳、碳氮共渗、软氮化及保护加热的可能性,此外对于渗碳添加剂、炉气反应和碳势控制等作了探讨性的论述。     

介绍一种新型吸热式保护气体发生炉

第二汽车制造厂车桥厂从一九六九年到现在,自行设计、制造了新型气体发生炉。 该发生炉的主要参数为: 加热功率:60kw 产气量:100m~3/小时 原料气:C_3H_6或C_4H_(10) 工作温度:1050℃ 经五年多使用验证发生炉主要有如下特点: 1.电阻丝使用寿命比原发生炉(国产)提高三倍。使用过程中,即使电阻丝断,也可以在继续产气的情况下,快速(一般在20分钟左右)更换电阻丝,有利地保证了生产的正常进行。     

CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响

为探讨CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响,通过实验和数值模拟研究了CO_2稀释率对CH_4、C_3H_8和H_2扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明:随着CO_2稀释率的增大,峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降,峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大,炉内温度分布更加均匀,更有利于达到无焰燃烧状态;相同稀释率下,CO_2稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为:H_2燃烧、CH_4燃烧、C_3H_8燃烧;当CO_2稀释率足够大时,炉内燃烧处于无焰燃烧状态.     

基于过渡态理论的碳烟成核过程中萘生长路径

采用G3(MP2,CC)方法计算了添加C_2H_2、C_2 H_3和C_4H_4使苯基(C6H5)生长到萘(C10H8)(分别为C_2H_2-路径、C_2 H_3-路径和C_4H_4-路径)以及C5H5和C_5H_4反应生成萘和甘菊环(C10H8)(C_5H_4-路径)的详细多环芳香烃(PAH)生长路径,比较了4个路径的入口势垒和最大反应势垒,考察了反应位点对脱氢和C_2H_2添加反应的影响以及氢原子的存在对脱氢反应的影响,计算了以Arrhenius形式表达的反应速率常数.结果表明:C_5H_4-路径入口势垒极低,即C_5H_5极易与C_5H_4发生反应.与C_2H_2和C_2 H_3相比,C_4H_4更容易与苯基发生反应.C_2 H_3-路径和C_4H_4-路径中所有子路径的限速步骤均为顺反异构化反应.反应位点对有氢原子参与的脱氢反应影响不大,对C_2H_2添加反应影响较大.此外,有氢原子参与的脱氢反应比直接脱氢反应更容易发生.     

O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性数值模拟

为探究O2/CO2气氛下生物质与煤粉混燃对锅炉燃烧特性的影响,利用Fluent软件模拟300 MW煤粉炉内生物质与煤粉混燃过程,分别研究了在空气气氛及O2/CO2气氛下,生物质燃料的掺烧及氧浓度对炉内温度场、速度场和组分分布等的影响.结果表明:较之空气气氛,富氧气氛下燃料的着火及燃烬滞后,CO生成量增加,燃烧区气体流速...     

生物质热解气化制备二甲醚合成气的灰关联分析

通过制备二甲醚合成气的生物质慢速热解气化实验,得到了热解气化炉中主要可调节参数热解温度、进料速率等与生物质热解气中H_2、CO等含量的数据.利用灰色关联方法,分析了主要可调节参数与生物质气中H_2、CO含量及H_2/CO比值的关系.结果表明:热解温度对生物质气中心、CO含量及H_2/CO比值的影响最为明显(其关联度为(0.705,0.760,0.641)),进料速率次之,罗茨风机抽气速率最弱;CO含量受3个主要可调节参数的影响最为明显(其关联度为(0.760,0.628,0.709)~T).根据该实验制备H_2/CO比值接近2的二甲醚合成气的目标和灰关联分析结果,提供了增大H_2/CO比值的方法.找出了热解气化炉中的可调节参数中影响生物质热解气体产物H_2、CO含量的主要参数,为生物质热解气化合成二甲醚中制备较高含量的H_2、CO及合适H_2/CO比值的合成气提供了前提条件.     

吡咯类氮富氧燃烧的分子动力学研究

采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学模拟方法研究了不同燃烧温度和氧浓度条件下吡咯在O_2/CO_2和O_2/N_2气氛下燃烧的反应速率和自由基、中间产物及最终产物的分子数变化规律,从微观上探索吡咯在O_2/CO_2气氛下的燃烧机理。研究表明:吡咯富氧燃烧的主要产物包括HCN、NO、N_2、CO_2、CO和H_2O等,主要的中间体和自由基包括C_4H_4N、NCO、HNCO、C_4H_4ON、CHO_2、CN、H、OH、O和HO_2等;随着燃烧温度的升高,O_2/CO_2和O_2/N_2气氛下NO的生成量都随之增加;随着氧气浓度的升高,更多的HCN、NCO、HNCO及其它含氮中间产物转化为NOx,从而使其生成量增加;在燃料与氧气的化学当量比Φ=0.5和1时,O_2/CO_2气氛中NO的生成量比O_2/N_2气氛中的NO的生成量高,在Φ=2时两种气氛中生成的NO量相当。     

水蒸气对火焰特性和碳烟生成影响的数值模拟

在协流空气中添加不同的虚拟组分,基于完全解耦法数值模拟研究常压条件下乙醇/空气同轴层流扩散火焰中水蒸气对火焰特性和碳烟生成的影响。研究结果显示:加入水蒸气后,火焰的最高温度和最大碳烟体积分数均降低;水蒸气通过稀释效应、化学效应、热力学效应和辐射效应影响火焰特性和碳烟生成,其中化学效应和稀释效应占主导地位;水蒸气的化学效应会改变O、H、H_2和OH等组分的摩尔分数,OH浓度的增加促进了碳烟的氧化。水蒸气的化学效应也会影响苯(A_1)、苾(A_4)、炔丙基(C_3H_3)和乙炔(C_2H_2)等碳烟生成中间产物的摩尔分数,降低碳烟核心的成核速率和表面增长速率。     

初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响

针对某电站300MW燃煤锅炉,基于专门开发的CFX-TASCFLOW软件平台,将额定负荷下空气气氛、不同初始氧浓度φ(O2=21%、30%、35%、40%)的O2/CO2气氛,共五种工况下的炉内流动、燃烧及污染物生成进行了数值模拟。计算结果表明:O2/CO2燃烧方式下,炉膛出口烟气中CO2的浓度均可达到90%以上,便于CO2的回收;随着初始氧浓度的增大,炉内的火焰温度提高,沿炉膛高度方向温度的降低幅度增高,炉膛出口烟气温度降低,NOx的生成量小于空气气氛;飞灰可燃物在初始氧浓度为21%时最高,在初始氧浓度增至30%～40%时,飞灰可燃物大幅度下降;30%的初始氧浓度是比较合理的富氧燃烧浓度。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

自控节能蜂窝煤炉

浙江省乐清县生产的自控节能蜂窝煤炉,是一种先进的民用炉,深受群众欢迎。一、主要技术指标 1.环保技术指标:连续燃烧一小时CO净增浓度6毫米/米~3,允差不大于4毫克/米~3;连续燃烧一小时SO_2净增浓度0.2毫克4米~3,允差不大于0.05毫克/米~3;桶灰出灰后一小时内总悬浮微粒净增0.3毫克/米~3,允差不大于0.2毫克/米~3。     

富氧气氛下循环流化床煤燃烧试验研究

在O2／CO2气氛和O2／N2气氛下,对氧浓度为21％～35％的循环流化床进行了煤燃烧的试验研究,比较了不同气氛下的煤燃烧特性和炉内温度分布以及NOx、NO2的排放规律和脱硫效率．试验显示富氧气氛下煤能够稳定燃烧,循环回路通畅;给煤量一定,随着试验气氛中氧含量的增加,燃烧效率逐渐增高．O2／CO2气氛下的燃烧效率略低于相同氧含量的O2／N2气氛下的燃烧效率;随着试验气氛中氧含量的增加,NOx排放量增加,SO2排放量略有减小,石灰石脱硫效率略有提高．