气流床煤气化炉内流动、混合与反应过程的研究进展

气流床气化过程涉及高温高压下湍流多相流动与复杂化学反应过程的相互作用,涵盖喷嘴雾化与弥散、复杂多相射流流动、炉内湍流混合、复杂气化反应、火焰结构及温度分布等诸多方面,是世界各国研究的热点.对近年来世界各国在气流床气化过程研究上取得的进展进行了综述,包括喷嘴雾化与颗粒弥散机理与雾化过程的影响因素、撞击流驻点偏移规律和撞击面振荡规律、撞击火焰结构与炉内三维温度场、典型煤种气化反应特性与石油焦气化特性以及气流床气化过程模拟.对气流床气化过程未来的研究重点进行了展望.     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟

基于前文对错流移动床反应器的分析，进一步建立了逆、并流移动床非催化气固反应器模型方程，对不同操作条件下错流和逆、并流三类移动床反应器的行为进行了比较。结果表明，三类不同气固接触方式移动床的行为存在差异，其根本原因在于其内进行的非催化气固反应过程受固剂转化率的影响，当反应属本征动力学或内扩散控制时，错流、逆流移动床的床层利用效率较高，但反应属外扩散控制如在加压条件下操作或所要求的固剂转化可降低时，三     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟——Ⅱ-错流移动床非催化气固反应过程模拟

基于前文错流移动床反应器模型方程,模拟计算并分析了该类反应器中气、固相流动对热煤气脱硫等非催化气固反应过程的影响。研究表明,床层在床深方向按反应速率的快慢可分为粗脱区和精脱区,在颗粒流动方向上气相浓度差异较大,并主要体现在粗脱区内,床层出口处颗粒转化率呈现较大分布,反应器内气固交错流动、气相浓度和颗粒转化率共同作用（ 于气固反应速率） 等因素是造成过程特征的主要因素。因此反应器优化应满足对两相流动的优化,将粗脱区设置成错流移动床而精脱区设置成固定床,并使粗脱区内颗粒流速沿气流方向逐渐减小,以减小出口颗粒转化率的分布并提高颗粒利用率,同时沿颗粒流动方向应逐渐减小过床气流体积分率以利于床内气固反应速率的均一分布。由此指出对该类床型其底部渐缩下料段和过床气流对床内颗粒流动的影响以及床层结构及颗粒流动对过床气流分布的影响研究的必要性。     

气固射流床射流深度的研究

在３００×５１×２６００ｍｍ的二维射流床中，采用多路毕托管测试系统，对包括三种双组份混合物在内的五种物料的射流深度进行了考察。结果表明，射流管径、射流气速对射流深度都有影响，本文尤其考察了环隙气量与射流深度的关系，发现在同样的射流气速下，环隙气速增大则射流深度降低，得出了综合各种影响因素的关联式。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟：Ⅰ.错流移动床反应器模型建立

热煤气脱硫是ＩＧＣＣ等高效洁净煤联合循环发电过程的关键技术,本文采用具有净化（脱硫及除尘）一体化潜力并可实现过程连续操作的错流移动床为热煤气脱硫反应器,通过对其反应过程的分析作出合理假设,建立了描述单颗粒脱硫反应器行为的模型方程,并进行了初步的数值模拟计算,结果表明本模型的计算结果可较好地解释前人的实验工作,可对错流移动床反应器的行为作出合理预测。     

流化床煤气化炉内脱硫的研究Ⅰ．台式流化床煤气化的炉内脱硫试验

采用台式流化床煤气化装置，研究了影响炉内脱硫效率的因素。炉内脱硫对高硫煤特别有效，脱硫效率可达９０％以上。所采用的二种石灰石和一种白云石脱硫效率相近，按Ｃａ／Ｓ比比较则白云石稍好些。虽然脱硫效率随Ｃａ／Ｓ比增加而增加，但当Ｃａ／Ｓ比达到３后几乎不再增加。存在一个最佳脱硫操作温度。在非焙烧区，脱硫率随压力增加而下降，而在焙烧区脱硫率和压力几乎无关。测定了脱硫剂脱硫前后的孔容积分布，发现脱硫之后１～３０ｎｍ的孔容显著减少。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟 Ⅰ错流移动床反应器模型建立

热煤气脱硫是ＩＧＣＣ等高效洁净煤联合循环发电过程的关键技术,本文采用具有净化（脱硫及除尘）一体化潜力并可实现过程连续操作的错流移动床为热煤气脱硫反应器,通过对其反应过程的分析作出合理假设,建立了描述单颗粒脱硫反应及反应器行为的模型方程,并进行了初步的数值模拟计算,结果表明本模型的计算结果可较好地解释前人的实验工作,可对错流移动床反应器的行为作出合理预测     

射流流化床煤气化炉中气固流动和传热、传质的CFD模拟研究

通过双流体模型对射流流化床煤气化炉进行了CFD（Computational Fluid Dynamics,计算流体力学）模拟。模拟着重分析了流化床气化炉气固流动的特性和传质、传热过程。结果表明,流化床中气固两相的传热、传质过程与气体和颗粒的运动特性密切相关。     

气—固流化床反应器内双流体力学模型及其验证：Ⅱ.单组分两维射…

由以质量，动量和能量三大守恒定律为基础的湍流两相流理论出发，建立了描述气－固流化床内两相流动的数学模型，在微型计算机上编写了相应的数值计算和图形处理程序，为了验证模型的可靠性，本文着手模拟与分析了单组分颗粒体系两维射流流化床内气，固相速度场，空隙度和压力场随时间，空间变化规律；得到了与前人实验结果相吻合的结论。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟Ⅲ错流及逆、并流移动床反应器的比较

基于前文对错流移动床反应器的分析,进一步建立了逆、并流移动床非催化气固反应器模型方程,对不同操作条件下错流和逆、并流三类移动床反应器的行为进行了比较。结果表明,三类不同气固接触方式移动床的行为存在差异,其根本原因在于其内进行的非催化气固反应过程受固剂转化率的影响,当反应属本征动力学或内扩散控制时,错流、逆流移动床的床层利用效率较高,但反应属外扩散控制如在加压条件下操作或所要求的固剂转化率可降低时,三类移动床反应器床层利用效率趋于一致。     

格子Boltzman方法数值模拟微通道内不互溶液液两相流动

利用基于场介子格子Boltzman(LB)方法对T形微通道内油-水不互溶两相流动进行了数值模拟.通过静止液滴算例改进该两相流LB模型且验证了模型的有效性,成功数值模拟了T形微通道内油水两相流的五种不同流型.数值模拟结果和实验数据定性和定量吻合很好,表明本文数值方法的有效性.此外,采用改进后的LB两相流模型模拟了不同界面张力和接触角条件下的液滴形成过程,讨论了这两个变量对流型和液滴形状的影响.结果表明LB方法是研究微通道内不互溶两相流的一种有效的数值工具,能够对各种涉及不互溶多相流微流体设备的设计提供指导.     

Numerical simulation of immiscible liquid-liquid flow in microchannels using lattice Boltzmann method

Immiscible kerosene-water two-phase flows in microchannels connected by a T-junction were numerically studied by a Lattice Boltzmann (LB) method based on field mediators.The two-phase flow lattice Boltzmann model was first validated and improved by several test cases of a still droplet.The five distinct flow regimes of the kerosene-water system,previously identified in the experiments from Zhao et al.,were reproduced.The quantitative and qualitative agreement between the simulations and the experimental dat...     

Changes in coal char reactivity and texture during combustion in an entrained flow reactor

Char particle combustion is the slowest step in the combustion of coal, therefore char reactivity and texture have an important influence on this process. In this work, two coals were devolatilised in an entrained flow reactor and the chars obtained were burned under different experimental conditions in order to achieve various degrees of burnoff. Char reactivity was determined by means of non-isothermal thermogravimetric analysis, and the conversion-time data were evaluated by the random pore model proposed by Bhatia and Perlmutter. Char texture was characterised by means of N₂ and CO₂ adsorption isotherms. The surface areas obtained were used to calculate intrinsic reaction rate parameters. It was found that under chemical controlled conditions, the available surface area during combustion is best represented by the N₂ surface area.     

松木粉气流床气化特性实验研究

在气流床气化实验装置上进行了松木粉气化特性的研究。考察了温度、氧当量比、水蒸气配比对气体产物的成分、气化特性和固体产物的微观形态及成分的影响,结果表明,随着温度的升高,CO与H₂浓度显著升高,CO₂与CH₄浓度明显下降,碳转化率、产气率、产气热值有所提高;氧当量比从0.2上升至0.5时,CO与H₂浓度降低超过10%,CO₂浓度则上升100%以上,碳转化率提高至92.9%,产气率有所上升,而产气热值则降低超过20%;水蒸气配比从0增大至0.58时,H₂/CO体积比由0.63提高为1.40,碳转化率、产气率和产气热值均呈现先增大后减小趋势。由SEM照片可以看出,固体残渣主要由类球状或块状结构与纤维团聚结构两部分组成。温度升高使残渣颗粒由呈现不规则形状逐渐向球形转化,氧当量比的增大使残渣中类球状颗粒表面孔洞与裂缝明显增多直至破碎。     

灰熔聚流化床气化炉的CFD模拟研究

通过CFD模拟了灰熔聚流化床气化炉,考察了操作条件包括中心管氧气量、分布板水蒸气量以及操作压力对流化床气化炉的气相浓度分布的影响。剖析了不同操作条件对化学反应的影响,解释了其对气化炉产气组成的作用原理。     

双组分冷模射流流化床气化炉内流体动力学特性模拟

针对实际工业生产中经常遇到的多组分体系，本文选取了具有代表性意义的非等密度/直径的双组分体系(树脂和砂子)为研究对象，以Goossens等提出的平均物性法则计算了固体混合物的平均粒径和平均密度，采用欧拉－欧拉计算流体动力学模型(CFD)模拟了二维冷模射流床气化炉内，诸如气、固相流场的时空分布、时均空隙率分布、射流穿透深度等流体动力学的时空特征，所得结果与文献报道相吻合。     

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型（英文）

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一：随表观气速的增大，气泡数目增加，气泡体积增大，压力波动增强；气速越高时均压降越大；在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。     

氧碳原子比和水煤浆质量分数对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧碳原子比和水煤浆质量分数对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律。总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中，对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法。得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分，其结果与工程实际相比非常接近；并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素：氧碳原子比、水煤浆质量分数等，提出了提高出口煤气有效成分（CO+H2）的方法。