基于MFA方法纯碱生产过程物质流及能量流分析

基于某纯碱企业的现场调研和台账数据,运用物质流分析（MFA）方法对纯碱生产过程的盐水工序、石灰石煅烧工序、碳酸化工序等主要环节中的资源、能源消耗和污染物排放量进行了计算分析。计算结果表明,每生产1 t纯碱消耗原盐1.6 t、石灰石1.2 t、焦炭0.1 t、电能200 kW·h、蒸汽热能12 000 MJ,产生废气1.4 t、废液10 t、废渣1.7 t。     

厌氧发酵制备生物燃气过程的物质与能量转化效率

以稻壳为原料,采用批式中温(35℃±1℃)厌氧发酵工艺研究了稻壳厌氧发酵制备生物燃气的产气性能,在此基础上结合物质流分析方法分析了发酵过程中C、N元素的分布情况以及物质与能量的转化效率。研究结果表明稻壳厌氧发酵制备生物燃气过程的产气率和产CH₄率分别为297.41和164.40 ml·(gVS_RH)^-1,平均CH₄含量为55.28%;C元素流向分布:30.7%生物燃气,6.4%沼液,62.9%沼渣;N元素在剩余物中的流向分布:63.2%沼液,36.8%沼渣;稻壳厌氧发酵制备生物燃气的物质转化效率和能量转化效率分别为30.0%和33.7%。本研究为农业加工废弃物的资源管理和能源化利用提供了理论依据。     

我国磷资源产业物质流分析

运用物质流方法对我国磷资源产业的整个生命周期进行定量描述和分析,考察磷资源的利用和环境影响状况,对目前存在的相关问题及其相互关联进行剖析,提出了解决策略。对磷资源产业系统的物质流分析和研究结论,不仅对其他化学原料矿产资源产业可起到指导作用,对大多数金属矿产资源产业也有借鉴价值。     

过程系统能量流结构模型及其应用

综述了过程系统能量综合优化的能量流结构研究与进展；重点介绍了过程系统三环节能量流结构模型，该模型基于对过程系统中能量演变共性规律的认识，定量地描述了过程系统能量流在转换、利用、回收过程中的平衡关系；概述了按照能量流结构进行过程能量综合优化策略和方法；指出了过程系统能量综合优化中能量流结构的进一步发展可以包容其他相关方面，如环境、安全等。     

基于物质流分析的低碳经济发展战略研究

低碳经济是以低能耗、低污染为基础的绿色经济.低碳经济的实质是高能源效率和清洁能源结构的问题,核心是能源技术创新和制度创新.在制定和发展低碳经济政策和战略时,必须抓住其本质和核心内容,对经济活动的物质流进行分析,建立物质流分析账户,调控物质流动模式,实施物质流管理,优化经济结构,最终实现低碳经济的发展目标.文章分析了低碳经济和物质流分析的国内外进展,同口径对比了中国与日本物质流主要指标,基于物质流分析建立了我国推进低碳经济发展的"四位一体"模式.     

生态补偿机制中的物质流分析框架及指标体系

目前生态补偿机制只能体现部分的经济价值而无法体现完整的生态价值,从另一个方面看,未体现的生态价值远远超出了经济价值。因此,本文认为,生态补偿机制需要对机制中涉及的经济活动进行物质流分析,即对物质投入和产出的量化分析,形成物质投入和产出的账户,以便进行以物质流分析为基础的优化管理,达到核算生态价值,增加生态补偿有效性管理,实现生态补偿机制可持续发展的目的。     

精馏过程多工况优化设计的能量流结构理论

以“三环节”能量流结构理论为基础建立了精馏过程多工况优化设计的火用经济数学模型,提出了精馏过程的多工况优化设计策略方法：将其分解为单个塔的多工况优化设计和塔间热集成的优化两个层次,有效输出火用价c_U和待回收火用价c_O为协调变量来解决多工况优化设计问题.并给出了应用实例.     

基于物质流分析的电镀行业重金属减排研究

物质流分析方法可分析重金属流向,研究重金属减排的关键影响因素。以某电镀工业园为例,开展金属镍的物质流分析,研究镍的利用效率,对企业实施清洁生产改造前后镍的变化进行了量化。结果表明,园区内67%的企业实施清洁生产升级改造后,镍的利用率从原来的83.5%提高到92.3%,清洗水中镍含量相对于改造前减少了81.9%。     

能量利用系统的能量流结构——能量、、(火无)新概念

认为火用是系统和环境构成的不平衡复合系统作功能力的衡量,重新表述了火用概念,论证了火用不是严格意义上系统的状态参数。指出环境能量在任何情况下都不能用于作功的传统观点是违背热力学第二定律的,能量利用的实质是利用系统和环境之间非平衡推动力引发的动态能量流,它包含可转化能量的多少与能量流的方向无关,无论来自系统还是环境的能量都可被转化。文中给出的能量、火用、火无新概念严格遵守热力学第二定律,克服了Rant Z.定义的局限性,对进一步改进火用分析方法促进用能过程热力学的发展有积极意义。     

水平气液两相流流型图像信息递归特征分析

采用高速摄像机在气液两相流实验台上拍摄各种典型流型的流动时频,将单帧图像提取信息熵组成时间序列。对信息熵时间序列进行WVD分析,对气液两相流几种典型流型以及过渡流型的演化轨迹进行解析。同时对序列进行了近年来较少用到的非线性混沌递归图分析（RP）,将其分析结果同WVD的分析结果进行对比,在对流型演化轨迹提出新的见解外也对WVD的分析结果进行验证。在分析后将100组不同流型的信息熵序列进行平均值计算,列出随气体体积流量增大的变化趋势图,进一步对流型信息熵与气流量的关系进行说明。最后讨论了气液两相流容积含气率与信息熵的关系。结果表明：流动图像的信息熵序列结合WVD与RP可以对气液两相流型演化轨迹进行很好表征。同时流型图像的信息熵能够对气液两相流各种流型的容积含气率进行表征,是一种有效的流型图像特征参数。     

NGD反应器气相流场及能耗特性研究

高倍率灰钙循环脱硫(NGD)技术具有投资和运行成本低、占地面积小、节水和可避免有色烟羽等优点,在燃煤工业锅炉领域具有较好的发展前景,而已有研究主要关注脱硫反应过程及其影响因素,尚缺乏对NGD反应器内流场和能耗的认识。笔者基于熵产分析方法建立了NGD反应器能耗的定量分析模型,NGD反应器能耗包含因烟气散热引起的能耗和黏性流体流动引起的能耗,其中,黏性流体流动引起的能耗包含湍流耗散和壁面摩擦,此外,由于NGD反应器高度达20 m以上,其进、出口压降还应考虑位置势能变化,因此,NGD进、出口压降包含位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降。以某30 t/h煤粉工业锅炉配套的NGD反应器为研究对象,采用CFD方法模拟脱硫反应器内的流场分布,并在此基础上通过能耗分析模型研究脱硫反应器内的能耗组成和分布。结果表明,CFD方法和能耗分析模型计算的NGD进、出口压降与测量值的偏差分别为0.4%和9.6%,因此,CFD方法和能耗分析模型能较为准确地预测脱硫反应器内黏性流体流动引起的能耗,NGD反应器内黏性流体流动和烟气散热引起的能耗分别占NGD总能耗的96.2%和3.8%,可见黏性流体流动对NGD能耗起主导作用,位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降分别为237.6、347.4和57.5 Pa,可见湍流耗散对NGD反应器能耗起主导作用。将NGD反应器划分为上部主体反应区、中部加速区和下部烟气入口区,由于黏性流体流动过程中的能量耗散来自不同流层速度差引起的摩擦耗散,因此能耗大小主要取决于不同流层间的速度梯度,而中部加速区平均速度较大且流场分布极不均匀,导致单位体积湍流熵产远高于其他区域,因此其体积虽仅占3.6%,但其熵产占NGD反应器总熵产的53.8%;上部主体反应区速度分布较为均匀且平均速度较小,但其体积占NGD反应器体积的83.3%,因此中部的熵产仍然较大,占总熵产的40.1%;下部烟气入口区流场分布极为不均匀但平均流速较小,单位体积熵产率从下往上逐渐增大,其体积比为13.1%,熵产占总熵产的比值为6.1%。可见,上部和中部是能耗的主要区域,尤其是中部加速区是降低NGD反应器能耗的主要目标区域。     

清洁能源及材料的研究现状与发展前景

清洁能源、新材料、生物技术和信息技术是当今社会发展最重要、最有潜力的领域。而材料又是新能源、信息技术的基础和保证。笔者简述了清洁能源和能源材料的概念,简要介绍了几种主要的新型清洁能源,并对相应的能源材料目前的研究及发展做了介绍和展望。     

石化企业多分辨率物流模型的建模方法

基于石化企业综合自动化的需求,提出了多分辨率层次化物流模型建模框架和形式化描述方法,对物流模型的空间映射和时间推演作了统一数学描述,给出了多分辨率物流模型一致化检验的判据。然后以生产执行系统MES物流模型为例,具体介绍了石化多分辨率物流模型的建模方法、时空推演算法和模型验证策略,实际应用表明了多分辨率物流建模方法的有效性。     

多尺度信息熵特征的气液二相流流型识别方法

为研究垂直上升管中的气液二相流的流型,利用自制的多电导探针的测量系统采集了4种典型流型的电导波动信息。根据小波包变换能将电导波动信号按任意时频分辨率分解到不同频段的特性,对其进行了3层小波包分解后并计算了各个频段的信息熵特征向量,并作为特征参数输入到E lm an神经网络进行训练,实现了与神经网络相结合流型的智能识别。研究结果表明,该方法能够很准确地识别出4种流型,且提取特征比较方便,从而为流型识别提供了一种新的有效方法。     

Optimization of mixed flow dryers to increase energy efficiency

ABSTRACT

Agricultural driers are used for grain or maize drying with a limited annual operating time of about 100–1,000?h. To compensate the increasing costs of energy, permanent optimization of the drying process and the drying apparatus is necessary to increase energy efficiency. To attain higher energy efficiency, the drying potential of air should be fully utilized. The objective of this study is to investigate the medium flow in mixed flow dryers to identify adverse drying conditions. The investigation is based on experimental and numerical modeling and takes into account the bed motion (discrete element method) and the drying air flow (computational fluid dynamics). The results show superposition of a homogeneous air flow distribution with a particle flow profile, resulting in locally inhomogeneous residence time, different drying conditions, and ultimately uneven grain drying. Uneven drying is one of the main reasons for high energy consumption. Considering the results, a new mixed flow dryer geometry was developed which should equalize the drying process and thus be more energy efficient.     

振动圆管外流场的PIV实验研究及场协同分析

采用粒子图像测速（PIV）与CFD动网格相结合的方法,对振动圆管外近壁区流场进行了实验及模拟研究,得到了振幅1.3 mm、频率5～25 Hz范围内的管外流场速度矢量图,计算了不同工况下管外流场的平均场协同角余弦值。实验及模拟结果表明：振动能够显著增加管外近壁区的流体速度,能够在振动方向上的管壁两侧形成有效的冲刷,随着振动频率的升高其管外近壁区的平均速度近似呈线性增加,在共振点出现峰值;相同区域内振动工况的平均场协同角余弦值要明显大于无振动工况,但不同振动频率间的场协同角余弦值变化较小。同时,基于场协同分析初步提出了改善振动表面对流换热的措施。     

硅铁生产过程节能减排技术应用研究

通过对硅铁生产过程中物质流以及能量流的分析,综合考虑生产技术、资源能源综合利用技术和末端治理技术的配套关系,提出了先进节能减排技术的工艺技术组合方案,节约焦炭量24 kg/t,节约总电量2 669.3 kWh/t,节水量2.41 t/t,回收微硅粉0.20 t/t,回收炉渣量48 kg/t.