焦炉上升管内壁结焦炭层的光谱学分析及结焦机理研究

以焦炉上升管内壁结焦炭层块为研究对象，采用X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）和激光共聚焦拉曼光谱仪（Raman）对结焦炭层的元素组成，以及各结焦炭层的矿物组成、组成结构和分子结构进行测试。分析从结焦炭层块外表面向内表面过渡的各结焦炭层的差异性，揭示焦炉上升管内壁结焦机理。结果表明焦炉上升管内粉尘中Fe，S和Cr极易催化荒煤气中蒽、萘等稠环芳烃化合物成炭，在焦炉上升管内壁形成炭颗粒沉积，为焦油凝结挂壁提供载体，在荒煤气温度降至结焦温度时易结焦积碳。结焦炭层均含有芳香层结构，随着结焦炭层从外表面向内表面过渡，各结焦炭层的面层间距(d₀₀₂)逐渐降低、层片直径(L_a)先降低后增加、层片堆砌高度(Lc)和芳香层数(N)先稳定后增加。结焦炭层石墨化过程是由结焦炭层内表面向外表面进行，主要包括其片层外缘的羧基和部分C-O结构的降解剥离，从而形成高度规整的共轭结构。结焦炭层块中C元素是以结晶碳与无定型碳的混合物形式存在。以上研究为解决焦炉上升管内壁结焦及腐蚀问题，提高换热器换热效率，有效回收焦炉荒煤气显热，降低焦化企业能耗提供实验基础和理论依据。     

增压流化床燃烧(PFBC)长时间运行的试验研究

本文介绍了SEU-PFBC装置长时间运行试验。燃用不同热值和含硫量的煤,累计试验超过500小时。试验是完全成功的,为中试装置的设计得到了必须的数据和经验。     

流化床生物质气化过程的三维数值模拟

建立生物质鼓泡流化床气化过程的动力学三维数理模型,气相采用k-ε湍流模型,固相采用基于颗粒动理学理论封闭模型,并自编化学反应子模型。研究了气化炉内固相体积分数、各相的速度以及气化产物的组分的分布,并预测了水蒸气与生物质质量比(S/B)对气化的影响。在鼓泡床的下段固相和气相的速度均呈现振荡变化,特别是在床高H=0.18 m处,由于物料的加入,两相速度在此附近有较大的振荡。在接近鼓泡床床层表面,固相的速度达到了最大。随S/B的增加CO、H_2的摩尔分数增加,CO_2、CH4的摩尔分数减少,在S/B=3.4时,各气体的摩尔分数趋于稳定。     

加压高通量CFB上升管气固流动特性实验研究

通过实验的方法考察了加压下,平均粒径为137μm、密度为2490 kg·m^-3的Geldart B类颗粒在固体通量为183～773 kg·m^-2·s^-1的高通量循环流化床上升管内的流动特性。结果表明,加压下七升管压降曲线近似线性分布。随着操作压力的增加,上升管底部颗粒浓度先增大后减小,顶部颗粒浓度逐渐增大,密相区的范围也逐渐增大。加压下截面平均颗粒浓度随颗粒循环速率和操作气速的变化和常压相类似,即随颗粒循环速率的增加而增加,随操作气速的增加而降低。     

燃煤旋涡流化床燃烧特性研究

燃煤旋涡流化床燃烧特性研究金保，刘坤磊，赵长遂，徐益谦（东南大学热能工程研究所）一、前言旋涡流化床燃烧技术是在鼓泡床和循环床的基础上发展起来的第三代流化床燃烧技术，通过在鼓泡床的悬浮空间加入四角切圆二次风，组成强旋涡流场，分离从床内飞溅上来的细颗粒，...     

气液固三相浆态床流型转变特性的试验研究

建立了高0.8 m,截面为0.1 m×0.01m的可视化浆态床实验系统,采用空气、水和玻璃粉作为浆态床中气液固三相,研究了颗粒粒径为58~75μm和106~150μm,固相体积分数为3%和9%时的宏观流动特性。试验获得了不同物料体系下的床层压降随气体雷诺数的变化规律,同时得到了颗粒浓度对流型转变气速的影响。找到均匀流流型向过渡流型转变的第一转变点和从过渡流型向非均匀流型转变的第二转变点的取值范围。结果表明:三相体系的压差值随着气体雷诺数的增大而趋于一个稳定值,颗粒粒径增大会使体系压差值增大;固体颗粒浓度的增加,会使第二转变点取值减小,而颗粒粒径对流型转变气速影响很小.同相浓度的增加,会加快三相体系的失稳,在更低的气速下进入到非均相湍动流动状态中.     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

柱锥体喷动床喷动特性的试验研究

建立了高1500 mm、内径200 mm、锥角60°、喷口直径可变的可视化柱锥体喷动床系统,进行了五种不同颗粒喷动特性的试验,重点考察了床层压降、最小喷动速度和喷泉高度随操作参数的变化。结果表明:升速法与降速法测得的最小喷动速度具有较大的差异,降速法测得的最小喷动速度与经验关联式的计算值吻合较好;最小喷动速度随着静止床高、颗粒直径、喷口直径的增大而变大;随着表观气速的增加,喷泉高度上升,随着静止床高的增加,喷泉高度下降。     

基于SEM与XPS对焦炉上升管内壁结焦炭层织构的研究

以焦炉上升管内壁结焦炭层为研究对象，采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）研究各结焦炭层的微观形貌、元素组成及键合状态，分析结焦炭层织构形成及演化规律。SEM研究表明，焦炉上升管内壁各结焦炭层形貌呈现较大的差异性，1#结焦炭层呈现0.1～1.0 μm颗粒化炭颗粒松散堆叠的多孔结构， 2#和3#结焦炭层呈现粒径为 1.0～3.0 μm 的炭颗粒堆积形貌且致密性有所提高，4#结焦炭层呈现大量花纹状致密结构。以上现象可说明结焦炭层的形成过程为：首先由荒煤气中多环芳烃形成0.1～1.0 μm的颗粒状初级炭层，颗粒状初级炭层在荒煤气粉尘中金属元素（如Fe）的催化作用下相互反应，形成更为致密的1.0～3.0 μm的中级炭层结构，中级炭层在高温条件下进一步形成致密的终级炭层结构。XPS分析表明，1#-4#结焦炭层含C量分别为91.78%，91.95%，92.74%和94.01%，含O量分别为5.58%，5.42%，4.39%和2.86%，C/O比分别为16.45，16.96，21.12和32.87，说明在炭层结构变化的同时，炭层中含氧基团在高温及粉尘中金属元素（如Fe）作用下发生脱除反应，使得炭层中宏观C/O比逐渐升高。在此基础上，通过对C元素键合状态分峰发现，1#-4#结焦炭层中C-C/C-H结构含量分别为80.42%，78.00%，75.50%和81.29%，C-O/C-N结构含量分别为10.22%，11.93%，13.54%和9.35%，C═O/C═N结构含量分别为9.36%，10.07%，10.96%和9.36%。O元素键合状态分峰发现，1#-4#结焦炭层中═O结构含量分别为20.40%，22.21%，19.93%，18.36%，-O-结构含量分别为24.60%，27.80%，31.35%，37.82%，O₂/H₂O结构含量分别为55.00%，49.99%，48.72%和43.82%。以上现象说明结焦炭层上发生如下化学变化：初级炭层中多孔结构会吸附荒煤气中的氧气（O₂）和水分子（H₂O）在高温条件下对炭层进行氧化。脱除反应和氧化反应使得炭层中O元素在微观键合状态发生明显改变，最终使得炭层中O₂/H₂O和═O结构含量降低，-O-结构含量升高。以上研究揭示了荒煤气上升管结焦炭层织构形成及演化机制，为解决焦炉荒煤气上升管内壁结焦问题，提高换热器效能，降低焦化企业能耗提供了实验基础和理论依据。     

三相鼓泡床流动结构Kolmogorov熵分析

在三相鼓泡床试验台上收集压差脉动时间序列值,同时用高速相机采集三相鼓泡床内流动结构变化的图片信息,运用混沌参数Kolmogorov熵以及确定Kolmogorov熵参数中的关联维数对压力脉动信号进行分析,得到混沌参数随表观气速的变化曲线图,研究三相鼓泡床内流型转变的情况.结果表明,该三相鼓泡床中可以明显观察到均匀流、过渡流和非均匀流三种流型,在不同的流型下,混沌特性也不同,当表观气速为0.22 m/s时,三相系统的混沌特性最强。关联维数与Kolmogorov熵随表观气速的变化曲线上两个转折点即为流型转变气速点,分析得到第-转变气速的范围是0.036~0.064 m/s,第二转变气速为0.18 m/s。运用Kolmogorov熵识别三相鼓泡床的流型,方法可行。