基于多尺度特征能量-核极限学习机的双循环流化床气流堵塞故障智能诊断

为减轻双循环流化床结块与堵塞故障对生物质气化反应的负面影响,提出基于多尺度特征能量-核极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM)的故障诊断模型。首先对故障状态下压力信号采用小波分解获得多尺度信号,然后提取各尺度特征能量作为特征向量,最后将其输入经遗传算法优化的核极限学习智能诊断模型,实现双循环流化床气流堵塞故障的智能诊断。通过对公开的轴承故障数据集和双循环流化床冷态实验系统数据的分类识别分析,并与基于变分模态分解和样本熵特征提取的KELM诊断模型进行比较,结果表明：本模型具有较高的故障诊断精度(82.5%),能够有效提取故障特征,用于双循环流化床气流堵塞的高效分类识别。     

新型除磷填料的制备及除磷吸附床运行参数的优化

为解决现有除磷吸附剂粒径小造成的材料易流失和系统压降过大等问题,以实现吸附除磷工艺在实际工程中的应用,以聚氨酯填料为载体,水溶性聚氨酯为介质,将水化硅酸钙负载到聚氨酯填料上制成负载型除磷填料。研究了制备条件对除磷填料除磷效果的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）观察分析了负载前后水化硅酸钙微观结构及化学基团的变化;利用除磷填料作为除磷吸附床的滤料,研究了运行条件对吸附床除磷效果的影响。在此基础上,利用响应曲面法研究了除磷吸附床磷酸盐去除率和各变量之间的关系,并对工艺参数进行了优化。结果表明,水性聚氨酯溶液的浓度和用量分别为100 g/L和50 ml,水化硅酸钙的质量为12 g的条件下所制备的除磷填料除磷效果最好;SEM和FTIR分析结果显示,水化硅酸钙负载前后其孔隙结构和化学基团没有明显的变化;预测模型的方差分析结果表明,HRT(X ₁)、进水ρ(PO₄ ^3--P)(X ₂)、温度(X ₃)、初始pH(X ₄)以及X ₁ X ₂,X ₁ X ₄,X ₂ X ₃,X ₂ X ₄的交互作用均对磷酸盐的去除具有显著影响 (P＜0.05),但X ₁ X ₃的交互作用对磷酸盐的去除影响不显著。通过预测模型获得的最佳运行条件为：HRT为79.77 min,进水ρ(PO₄ ^3--P)为1.70 mg/L, 温度为34.04℃,pH为9.68。在该条件下,反应器对磷酸盐的去除率可以达到93.46%。     

循环流化床U型回料阀的特性

实验对循环流化床物料回送系统的关键部件——U型回料阀的工作特性进行了研究，具体研究了系统中循环流率与主床流化风速和松动风量的关系，以及通过改变U型阀横段开口尺寸，研究横段结构特征对U型阀返料特性的影响。当主床流化风速不变时，随着松动风量的增加，循环流率先线性增大，然后基本保持恒定；当松动风量一定时，系统的最大循环流率与主床流化风速基本为线性关系；实验中得出最佳孔口面积约为料腿截面面积的25%。     

适应深度调峰的循环流化床NOx排放建模

为响应“十九大”绿色环保精神，满足循环流化床机组超低排放需求，建立准确的NO_x排放浓度机理控制模型对于设计循环流化床机组脱硝自动控制方法具有重大意义。从循环流化床锅炉燃烧机理切入，建立即燃碳模型，并将燃料氮分为挥发分氮与即燃碳氮2部分构建NO_x炉内自生成模型；考虑CO和即燃碳对NO_x的还原作用推导NO_x自还原模型；构建选择性非催化还原脱硝模型，综合以上模型建立了适应深度调峰的循环流化床NO_x排放模型。探究了机组深度调峰下运行参数与NO_x排放浓度的关系以及与选择性非催化还原脱硝效率的影响因素。仿真验证试验表明建立的循环流化床NO_x模型取得了较好仿真效果，稳态工况的模型计算值平均预测时间为114 s,与实测值的平均相对误差为2.50%;深度调峰下的模型计算值平均预测时间为126 s,与实测值的平均相对误差为5.42%。模型计算量较实测量提前2～3 min,具有一定预测效果。NO_x排放浓度模型可为今后循环流化床机组适应...     

聚乙烯电熔接头工艺缺陷与力学相关性研究

采用超声相控阵检测技术（PA）测量不同焊接时间下聚乙烯管道电熔接头热影响区边缘宽度l,并通过挤压剥离试验、傅里叶变换红外光谱（FTIR）试验和差示扫描量热（DSC）试验分别测试接头熔融区脆性剥离百分比（C_c）、官能团组成和结晶度（X_c）,最终建立接头热影响区边缘线宽度l与焊接性能H_c的对应关系,实现电熔接头焊接性能的无损评价。结果表明,随着焊接时间t的增加,接头热影响区边缘呈指数增长趋势沿金属丝向外壁移动,接头焊接性能先逐渐提高后降低。当焊接时间t=50 s时,l=2.21 mm、X_c=53.03 %,此时接头焊接性能H_c达到最大值96.21 %,当t<40 s时,l和X_c偏低,接头出现冷焊缺陷;相反,当t>70 s时,接头熔融区金属丝出现错位现象,融合面的聚乙烯分子由于高温氧化反应而出现过焊缺陷,两者都会导致接头焊接性能下降。     

基于传热系数的高温循环流率测量方法研究

循环物料流率是循环流化床锅炉中重要的设计和运行参数,但其热态在线测量一直是难点。基于换热原理进一步改进和完善了在线测量循环流率的方法,通过热态试验研究了影响高温颗粒与管壁之间传热系数的因素,并且利用热态试验数据和Borodulya等提出的对流传热系数预测模型进行了关联式推导,从而将传热系数和颗粒流率相关联。结果发现,传热系数的影响因素包括颗粒流率、颗粒温度、颗粒粒径等;热态试验测量得到的物料流率值与预设值的误差在±25%内;在实际流率工况下,该方法可以将物料流率和传热系数一一对应,在较宽的流率变化范围内都具有良好的预测能力。根据研究结果,测量中传热系数确定后,由计算模型可以获得物料流率,即实现高温物料流率的测量。换热法测量循环流率的原理简单,成本低廉,通过研究进一步提升了其实用性,在循环流化床锅炉的循环流率测量领域具有广阔的应用前景。     

醋酸酐与水在化学反应量热方法确认中的应用

热流法化学反应量热测试获取的目标反应热（ΔH）、反应体系比热容（c_p）和最大热累积度（X_ac）等热安全参数是精细化工反应安全风险评估中不可或缺的关键参数,其测试结果的准确度（即正确度与精密度）直接影响化学反应的工艺危险度分级。目前关于测得的化学反应热安全参数准确度和有效性的研究未见报道。为解决这一问题,提出了以醋酸酐和水作为参考物质,采用“变异系数（CV值）法” 和“道格拉斯（Grubbs）检验法”分别验证热流法反应量热测试醋酸酐水解反应的ΔH、C_p 、X_ac等参数的精密度（即重复性和再现性偏差）,采用“t验证法”评估热流法反应量热测试水的比热容的正确度。研究结果表明：热流法反应量热测试醋酸酐水解反应的ΔH、C_p 、X_ac等参数在同一实验室内的重复性标准偏差和与其他4家实验室比对的再现性标准偏差均满足要求;采用热流法量热测试得到25℃水的比热容数据与标准比热容值t验证结果不存在实质性偏倚。因此,测试结果的精密度和正确度均满足要求。     

基于XCT的气固流化床布风板射流特征研究

构建了X光层析成像（XCT）气固流动参数测量系统,基于锥形束滤波反投影算法（FDK）开发了CT三维重建软件,并设计了射流识别及量化算法。基于以上方法获得了不同流化风速下床料粒径d_p、布风板孔口直径d₀和布风板孔口均分面积A₀对射流形态结构和几何特征的影响规律。结果表明平均射流长度L、最大直径D和体积V与床料粒径d_p成反比,与孔口直径d₀和孔口均分面积A₀成正比,最终拟合了流化床平均射流长度关联式。     

O,O-双十二酰化-三甲基壳聚糖季铵盐/胆固醇混合单分子膜性质

制备了O,O-双十二酰化-N,N,N-三甲基壳聚糖季铵盐（DATMC）,用FTIR、EA和¹H NMR对产物进行表征,并研究其与胆固醇（CH）的混合单分子膜性质。结果表明：DATMC在氯仿、THF和DMF中具有良好的溶解性。随着胆固醇含量的增加,DATMC /CH混合分子膜的崩溃压和极限分子占据面积均减小;在任何膜压下,体系的超额自由能ΔG_exc< 0,说明DATMC与CH二者处于混溶状态。并且X_CH=0.8时,ΔG_exc最小,此时相容性最好,体系最稳定。实验结果表明,调整胆固醇的含量可以改变混合单分子膜的性质。     

基于NiO/Ca2Al2SiO7的沼气自热化学链重整制氢热分析动力学模拟

以水泥的主要成分Ca₂Al₂SiO₇为惰性载体，采用热分析动力学研究了NiO/Ca₂Al₂SiO₇氧载体作用下沼气的化学链重整(chemical looping reforming, CLR)制氢性能。通过自编的MATLAB^?代码计算得到430种工况下CLR模拟结果，充分考虑NiO负载率y_NiO、氧载体循环流率F_s、氧载体转化率变化ΔX_s、水蒸气浓度x_{H_{2}O}及空气反应器温度T_AR的影响。调节氧载体循环流率，可实现对(xNiO+Ca₂Al₂SiO₇)/biogas质量比的控制，进而调整系统总焓变化ΔH，实现自热化学链重整(CLRa)，即ΔH=0。在CLRa状态下，T_AR和ΔX_s的升高均导致H₂产率降低，而F_s增加则有助于提高H₂产率。模拟结果表明，当NiO含量低于10%(质量)、T_AR接近1150 K、ΔX_s小于0.25、F_s大于2 kg?s^-1、x_{H_{2}O}小于54.5%（体积）时，H₂产率可达最优值1.57(m³ H₂)?(m³ biogas)^-1。对系统的热量平衡分析显示，CLRa能够在自热状态下运行，且反应器出口处气流携带热量能够满足进口处气流的预热需求。     

双流化床生物质气化炉研究进展

生物质是重要的清洁可再生能源,双流化床生物质气化技术是将低品位的生物质能转化成高品位氢能的重要途径。本文阐明了双流化床气化过程的基本原理,从燃气中氢气浓度、焦油含量和装置热效率等角度,介绍了双流化床生物质气化技术的早期探索和发展现状,对目前几种典型双流化床生物质气化炉的炉型设计及相关试验研究进行了分析和总结。指出内循环双流化床气化炉结构虽然简单紧凑,但是难以避免气化室和燃烧室之间的气体串混问题;而外循环流化床通过外置返料器很好地解决了气体串混问题。分析了不同气化室优化设计方案对提升燃气品质的理论依据及其优缺点。最后对双流化床生物质气化技术的发展进行了总结和展望,指出双流化床生物质气化制氢具有非常广阔的工业化应用和发展前景。     

A Cross-Flow Model for Continuous Plug Flow Fluidized-Bed Cross-Flow Dryers

Plug flow fluidized bed cross-flow dryers have been used in drying of particulate solids such as paddy and other grains for many years. However, simulation of the performance of any particular design of the dryer has always been problematic due to the inadequate overall empirical models used that are too inflexible and too specific to the particular design. In addition, previous theoretical models of the plug flow fluidized bed cross-flow dryer did not model the gas cross flow properly and had difficulty in modeling the moving solid bed. A new steady-state cross-flow model of the dryer that models the gas cross-flow is proposed. The profiles for the solids and air moisture contents and temperatures were found to be dependent on the gas-solid flow ratio, G/F, the specific heat demand, C_PY(T_I - T_A)/(Y_E - Y_I), the total number of a transfer units, N_T = Gε/KφaSL and the specific drying load, (X_I - X_P)/ (Y_E - Y_I). The model was validated by comparing the simulated data with experimental data that were obtained by drying paddy in a plug flow fluidized bed cross-flow dryer pilot plant. The model was found to estimate very well the solids moisture content and temperature, the gas moisture content and temperature profiles, and the driving force profile.     

循环流化床气化温度对稻壳气化固相产物特性的影响

为解决燃煤机组耦合生物质气化发电过程中固相产物的妥善利用问题,以稻壳为原料,在襄阳电厂6#燃煤机组耦合生物质循环流化床上,考察了稻壳气化发电时气化温度对燃气组分以及固相产物的含碳量、比表面积、微观形貌和吸附能力的影响.结果 表明:燃气主要可燃成分CO和H2随温度升高先增大后减小,当温度为775℃时达到最高值,分别为18...     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

Fluidization characteristics of rice husk in a bubbling fluidized bed

An investigation was carried out in a circulating fluidized bed to explore if rice husk could be fluidized without mixing it with any foreign solids. Experimental results indicate that bed cross‐section has an important influence on the fluidization characteristics of rice husk. Larger the cross‐section, easier it is to fluidize the husk without slugging. Particle size, sphericity, bulk density, and transport velocity of husk were measured. The riser was operated under bubbling bed regimes. Efforts were made to measure the minimum fluidization velocity by varying the bed depth and cross‐section.     

Syngas production by biomass gasification using Rh/CeO2/SiO2 catalysts and fluidized bed reactor

We have been developed novel catalysts for gasification of biomass with much higher energy efficiency than conventional methods (non-catalyst, dolomite, commercial steam reforming Ni catalyst). From the result of the gasification of cellulose over novel Rh/CeO₂/SiO₂ catalysts, it is found that the gasification process consists of the reforming of tar and the combustion of solid carbon. We also tested novel Rh/CeO₂/SiO₂ in the gasification with air, pyrogasification, and steam reforming of cedar wood. As a result, Rh/CeO₂/SiO₂ gave higher yield of syngas than the conventional steam reforming Ni catalyst. Furthermore, we compared the performance between single and dual bed reactors. Single bed reactor was effective in the gasification of cedar, however, it was not suitable for the gasification of rice straw since a rapid deactivation was observed. Gasification of rice straw, jute stick, baggase using the fluidized dual-bed reactor and Rh/CeO₂/SiO₂ was also investigated. Especially, the catalyst stability in the gasification of rice straw clearly was enhanced by using the fluidized dual bed reactor.     

双组分大差异颗粒在气固流化床内混合/分离特性

实验考察了FCC催化剂(d_p=90 μm)和分子筛(d_p=1875 μm)构成的双组分大差异颗粒体系在流化床内的混合/分离特性。结果表明,在密相床层,随着大颗粒初始比例X₀逐渐增加,床层稀密相界面处的单位高度压降逐渐上升。双组分混合颗粒完全流化时密相床层内大颗粒质量分数在径向上总体分布均匀,但随着表观气速的增加大颗粒在径向上呈现出边壁高中心低的“U”形分布。全床混合均匀性在X₀<20.0%时较佳,且均匀性会随着表观气速u_g增加和X₀的增加而逐渐减小。在稀相空间,被夹带到稀相空间的大颗粒随着表观气速u_g增加逐渐增大,随着X₀的增大先增大后减小,当X₀=68.5%时夹带量最大。稀相空间内大颗粒质量分数在径向上呈“M”形分布,并且随着轴向高度的增加逐渐由“M”形分布转变为倒“U”形分布。基于实验结果,给出了计算完全混合高度和分级效率的经验关联式。     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。