生物质定向气化制合成气—气化热力学模型与模拟

通过对气化炉内反应的热力学模型构建和模拟,探讨了实现生物质定向气化为合成气(H2∶CO=2∶1) 的条件,以便使用该合成气直接合成液体燃料—甲醇.在考虑气化过程中物质平衡、能量平衡和化学反应平衡的 基础上,建立了生物质气化模型,并使用PASICAL语言及其外挂DELPHI程序,编写了FBGB程序,用于模拟生物 质、水蒸气输入量与产气中各种气体组分含量之间的关系.通过模拟,发现水蒸气与生物质输入速率的比值 (S/B)是影响H2/CO值的关键参数.模拟结果显示当其它反应条件确定时,S/B与H2/CO呈线性递增关系,通 过调节S/B,H2与CO的比例可以得到控制.     

生物质高压密相输送特性试验研究

生物质气流床气化技术是一项新技术,生物质加压密相输送是需要解决的关键问题之一。本文在大型中试高压密相试验装置上进行两种特殊生物质粉料的输送试验,研究物料特性和操作参数对其流动特性的影响。试验结果表明,本试验系统输送生物质稳定可靠,质量流量随着输送差压和发料罐压力的升高增大。随表观气速增大两种生物质弯管当量长度系数K近似为定值,生物质1的K值大于生物质2,且生物质1的K值随输送差压的增加而增大;两种生物质的固相摩擦系数随着体积分数和接收罐压力的增大逐渐增大。     

NiO/CaO添加剂下生物质水蒸气气化特性

使用自制NiO/CaO添加剂在TGA上进行了吸碳实验、在单床和双床系统上进行了生物质气化实验。添加剂吸碳/脱碳循环性能实验结果表明,在天然石灰石上添加氧化镍强化了单位氧化钙吸碳容量,添加质量分数2%氧化镍获得最高吸碳容量(0.47 g-CO_2/g-CaO),较天然石灰石有较大提升。经过14次循环后,添加剂都出现了程度不同的烧结,引起了吸收容量的下降。气化实验表明,双床系统更利于使用添加剂来强化生物质气化,获得高氢气产率和较低的二氧化碳量。添加质量分数2%氧化镍的样品获得最大氢气产率265 mL/g生物质,相比天然石灰石提高了14%,相比单床系统提高了33%,继续增加镍含量影响不大。     

稠密颗粒物质系统鼓泡现象的微观结构研究

通过重新整理气相控制方程,实现了基于非结构化网格的离散颗粒与连续流体的非线性耦合求解方法.应用该求解方法模拟计算了二维气固脉冲流化床(pulsed fluidized bed, PFB)单个鼓泡过程,数值计算结果与实验结果相符合.通过剖析两种典型床宽PFB的气固两相微观结构,观察到颗粒起动瞬间力链断裂"解锁"现象和系统压降脉冲现象,发现床内气体的流动是一个由双主涡到多涡共存再到双次涡的发展过程,颗粒的运动呈现三种形态,即抬升,沿鼓泡边界下滑和角落内"滞缓"运动. 关键词： 离散颗粒 脉冲流化床 鼓泡 力链     

可燃固废流化床气化的欧拉-拉格朗日数值模拟

基于欧拉-拉格朗日模型,气相采用LES湍流模型,固相采用离散颗粒法,同时考虑复杂气固流动以及相内、相间的化学反应,引入气化过程的热解反应模型,并且考虑了焦油的生成和均相转化,对流化床中可燃固体废弃物空气气化过程进行了三维数值模拟。获得了反应器内颗粒流型,气体组分浓度的分布规律以及不同操作条件下的产气组分、产气热值和焦油含量。结果表明;随着空气当量比ER的增加,CO、H_2和CH_4的体积分数逐渐减小,而CO_2的含量逐渐增大。产气率随着ER的增加逐渐增大,产气热值逐渐减小,出口气中的焦油含量也随着ER的增加而明显减小。     

方截面鼓泡床气液两相瞬态数值研究

在双流体模型中引入界面浓度输运方程,利用界面浓度和气泡平均Sauter直径模化各相间作用力。引入一附加 湍动能输运方程模化气泡诱导引起的液相湍流。利用该模型对方截面鼓泡床内气液两相流进行三维瞬态数值模拟。计算结 果表明该模型能较好得模拟方截面鼓泡床内气液两相流时均和瞬态流动特征。     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

基于CCRs过程的双流化床反应器设计与冷态试验

双流化床反应器是实现钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)分离烟气中CO2的关键技术.本文在对不同双流化床反应器形式分析的基础上,选择双鼓泡床作为CCRs过程的反应器,并设计、搭建双鼓泡床冷态试验装置.该双鼓床反应器可以长时间稳定运行,实现物料在两个反应器中连续稳定的交换.冷态试验结果表明,鼓泡床流化速度对固体循环量没有影响,随着床料高度、固体喷射管直径与喷射管上所开小孔直径的增大,固体循环量增大.     

速度进口边界条件对鼓泡床流动影响研究

进口边界条件是影响鼓泡流化床流体动力行为的重要因素之一.本文基于欧拉一欧拉双流体气固两相流模型,对具有中心射流进口的鼓泡流化床进行了数值模拟研究.分别采用脉动和定常进口气体速度边界条件,对鼓泡流化床内气泡的形成、长大、分离,气泡的大小进行了分析和研究.模拟结果与Kuipers等的实验结果进行了比较,研究结果表明考虑进口速度的脉动能够更加合理地预测和分析床内流体动力行为.     

过热蒸汽/热载体/生物质三相混合数值模拟

建立了工业尺度数值试验的过热蒸汽/热载体/生物质三相欧拉数理模型。水蒸气设为主连续相,采用k-ε方程描述;热载体和生物质设为两种不同的拟流体相,其黏度和压力采用颗粒动理论方程进行封闭;气固相互作用力采用Symbol-O'Brein曳力模型描述,固固之间作用力采用morsi-alexander模型描述;气固之间传热采用Gunn模型描述。基于该模型的数值试验,实现了喷动流化床混合器的优化设计使热载体与生物质的混合程度达70%以上;并研究了物料性质对生物质终温的影响,生物质终温受生物质粒径的影响最为显著。     

生物质流态化燃烧床料流化特性研究

利用5 kW鼓泡流化床实验装置,以小麦秸秆为燃料,以石英砂为床料,进行燃烧实验,在27~800℃温度范围内,对实验前后床料的最小流化速度进行研究。结果表明:生物质流态化燃烧后,床料表面粘附熔融物;常温条件下,熔融物对床料最小流化速度影响不明显,随着温度升高,石英砂床料最小流化速度降低,在温度大于500℃条件下,实验后床料的最小流化速度明显增大;床料表面粘附物高温条件下熔融是引起流化特性改变的根本原因。     

颗粒数方程的求解及流化床数值模拟

流化床内颗粒聚并和破碎将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉一欧拉气固多相流模型,利用直接矩积分方法求解颗粒数平衡方程,建立颗粒数密度与连续性方程、动量方程之间的关系,数值模拟流化床内两种不同直径颗粒发生聚并时气固两相流动特性。计算结果表明,颗粒聚并伴随着床内颗粒直径逐渐增大,床内颗粒流化状态逐渐变为固定床状态,两种颗粒直径均增加,且小颗粒的体积分数逐渐减小、大颗粒的体积分数增加。当仅考虑聚并过程时增加流化速度将导致床内颗粒体积平均直径变大。随着颗粒密度减小,床内体积平均直径增加。     

气固流化床压力脉动信号的频域熵分析

对气固流化床风室内的压力脉动信号进行频域变换,使用三种熵分析方法,研究了一个内径150 mm、高2.5m流化床不同静床高工况下的流动特性和流型特征。实验结果表明:这三个方法得到的特性曲线可以较好地判别固定/鼓泡/湍动床三个流型;在确定从鼓泡床向湍动床转变的转变点上,DFT熵方法优于小波熵和小波包熵方法,物理意义更明确且计算更快捷。     

均匀入口鼓泡流化床的TFM及DEM模拟

分别运用双流体模型（TFM）及离散元模型（DEM）的软球模型，模拟了二维及三维实验尺度的均匀入口鼓泡流化床内的气固两相流动特性，其中TFM模型结合了气相κ-ε湍流模型，而DEM模型则结合气相κ-ε湍流模型或Smagorinsky亚网格涡黏模型（SGS）。通过对比本文模拟结果与他人实验及计算结果发现，TFM与DEM软球模...     

超低浓度甲烷流态化催化燃烧特性与模型验证

采用实验研究和理论分析相结合的方法研究了体积分数为0.15~3%超低浓度甲烷在0.5%Pd/Al_2O_3(质量分数)催化颗粒鼓泡流态化状态下的催化燃烧特性,根据其在密相区和稀相区的流动及反应特点,建立了低浓度甲烷催化燃烧反应模型,并在不同温度、进气甲烷浓度、床层高度等工况下进行了模型预测及与实验数据的对比分析。研究结果表明:考虑了稀相区中催化颗粒飞溅,模型计算数据与实验数据吻合较好,误差在5%以内;反应器出口无量纲甲烷浓度随着床层温度的升高、进气甲烷浓度的降低以及床层高度的升高而降低;通过与活塞流,全混流反应模型的对比分析,进一步验证了所建立的数学模型能够较好地反映超低浓度甲烷在鼓泡流态化状态下的催化燃烧特性。     

生物质超临界水制氢的数值模拟

本文对生物质在超临界水环境下气化制氢过程提出简化的两相流物理化学模型,并利用该模型进行数值模拟.着重讨论了温度、颗粒半径对生成气体摩尔百分比、气化率的影响.数值结果表明,颗粒的半径主要影响生物质颗粒气化分解的速率,而温度主要影响颗粒气化产物进一步生成氢气的过程.颗粒越小,气化分解的速率越快.温度的影响主要集中在气相反应上,使得CO进一步转化为H2.本文的理论和数值结果对实际的制氢过程中的参数控制具有实用价值.     

可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

Yb3+:KGd(WO4)2材料的频率上转换发光

采用固相合成法 ,在 10 0 0℃烧结合成了一系列掺有Yb3 摩尔分数分别为x =0 0 3,0 0 8,0 10 ,0 12 ,0 15 ,0 18,0 2 0 ,0 2 5 ,0 2 8的KYbxGd( 1 -x) (WO4 ) 2 粉末样品。采用 980nm波长的LD泵浦源和RF 5 4 0荧光光谱仪 ,对这一系列掺有不同Yb3 摩尔分数的KYbxGd( 1 -x) (WO4 ) 2 粉末样品进行了荧光光谱的测定研究。结果表明 ,在 10 2 0nm处得到一个较弱的荧光峰 ,而在 4 76nm处得到很强的蓝色发光谱带。同时测定了蓝色发光强度与样品掺杂Yb3 摩尔分数的关系 ,随着Yb3 掺杂摩尔分数的增加 ,蓝色发光强度也随着迅速地增强 ,当Yb摩尔分数为 2 5 %时 ,荧光强度达到最大 ,然后 ,随着Yb掺杂摩尔分数的增加 ,蓝色发光强度也随着迅速地衰弱。当Yb掺杂摩尔分数为 8%～ 10 % ,10 2 0nm处的荧光强度达到最大。     

双流化床煤气化试验研究

建立了一套3米高的双流化床煤气化试验装置,煤在鼓泡流化床中热解气化,生成的半焦送入循环流化床中燃烧,两床间采用气动控制阀连接.分别采用神华烟煤、龙口褐煤和大同烟煤进行了试验.煤中的碳转化成煤气和烟气的总转化率达到90%以上;冷煤气效率随着窄气/煤比的提高而增加;采用神华煤时焦油产率可达到1.5%;采用龙口褐煤时气化效果较好,在气化炉空气/煤比为0.3 kg/kg时,冷煤气热值为10.7 MJ/Nm3,冷煤气效率为48%.经过分析计算,龙口褐煤产生煤气中的可燃成分主要来自热解.     

快速床动力学统一模型Ⅱ:上部稀相与下部浓相固含率的预报

在前文建立的分相共存快速床动力学模型的基础上,对分相模型中存在颗粒团聚物时的上升稀相进行了受力分析。以有限直径提升管中颗粒终端速度的修正,导出了上升稀相受力关于等效管径与浓稀相滑移速度的修正表达式。将本模型预报的上部稀相固含率与已有的实验数据经验关联式进行了对比,并根据所得结果初步优化了模型参数(k=8,n=6)。进而,根据所得模型参数计算了下部浓相固含率随曳力函数f(ε)的变化规律;与李佑楚经验关联式相比,同样具有合理的一致性。本文工作进一步验证了快速床动力学统一模型的整体合理性。