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摘要:采用数值模拟方法对城市固体垃圾在床层内燃烧过程进行模拟计算,分别对床层内气固两相介质建立能量、质量和动量守恒控制方程,固相中水分蒸发、挥发分析出、焦炭气化燃烧速率由床层当地热物性及环境参数确定,床层高度变化由燃烧反应速率及物料热物性参数计算得出。计算结果与实验值比较分析表明,总体上模拟结果与实验值吻合很好,数值模型能够准确地预报床层失重、料层燃烧中段近似为一常数的燃烧速率,料层水分蒸发所需的时间占整个焚烧实验时间的2/3。模拟计算得出床层表面产生气的体变化趋势能反映垃圾燃烧进程,O2和CO2模拟结果与实验值吻合较CO要好。计算结果为研究垃圾在床层内燃烧过程的和炉排优化设计提供参考。
摘要:高温空气燃烧技术具有低污染物排放的优越性能,有望应用于煤粉的燃烧。搭建了煤粉高温空气燃烧热态试验台,由下行火焰的煤粉燃烧室和提供高温空气的循环流化床组成,煤粉燃烧室内径为220mm、高3000mm。用一种烟煤做了燃烧试验,试验结果表明:煤粉燃烧室上下温度均匀;煤粉燃烧室上部的还原区当量系数为0.8时,NOx排放水平在252-294mg/m^3之间,低于国家2003年制定的火电厂污染物排放标准35%.44%;循环流化床提供的高温空气中NOx的浓度对煤粉燃烧室内煤粉中的N向NOx的转化比影响很小;煤粉中的N向NOx的转化比可降低到25%。
摘要:基于石油焦焦炭的物理化学特性,利用升温热重技术,研究了流化床温度条件下的NO与石油焦焦炭间的多相反应动力学特性,并考察了热解终温以及燃烧过程对该反应的影响。结果表明,在流化床温度下,焦炭对NO的还原反应活性主要由其孔隙结构决定,石油焦焦炭与NO之间多相反应属于内扩散控制。采用Coats-Redfern法分析了升温热重数据,3种不同石油焦焦炭(JMc,GHc,WHc)的动力学机理分别为1-(1-X)^4,1-(1-X)^3。和-ln(1-X)^3,活化能分别为192.17、198.33和207.7kJ·mol^-1。热解终温的变化对焦样的活性基本没有影响,而反应活性随燃烧的进行有所改善。
摘要:使用一维炉实验台对铅颗粒的空气动力学粒径分布、化学成分、微观形貌等排放特性进行了实验研究,并对铅颗粒的形成机理和途径进行了分析探讨。铅以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到液化石油气燃烧区。按照美国EPA标准方法使用Andersen撞击器对颗粒物进行等动量采样以获得颗粒粒径分布。研究结果表明:约2/3的铅颗粒空气动力学粒径小于480nm,质量浓度呈单峰分布且峰值在0.2-0.6μm,颗粒的化学成分是PbO;存在氯元素时,铅颗粒粒径分布没有发生显著变化,但颗粒的化学成分变为PbCl2,表明氯与铅有非常强的反应性。对铅颗粒微观形貌的观察发现了一种基本颗粒,其特征为粒径在50nm左右且边界清晰,是构成整个颗粒团的基本单元。基本颗粒连接形成链状,颗粒链又交织形成网状,最终形成粒径数百纳米的颗粒团,这是铅颗粒排放时的主要形态。根据对微观形貌的观察将铅颗粒形成途径进行了细化,指出基本颗粒可能是颗粒形成过程中的一个重要的界点。
摘要:我国煤炭年产量中,1400℃以上的高灰熔点煤约占50%以上。为探索固态排渣方式的高灰熔点煤气流床气化,文中选出具有代表性的3种高灰熔点煤种和1种低灰熔点煤种,在TGA-51H型高温热天平上进行了煤焦-CO2和煤焦-水蒸气气化反应特性的实验研究,并利用SEM考察了气化条件下煤焦及灰的微观结构。实验结果表明:在煤焦-CO2/H2O反应过程中,反应速度明显表现出高温区域的扩散反应和低温区域的化学反应;无论在1273-1573K的低温区域,还是在高于1573K的高温区域,反应速率随燃料比的增加而减小;低灰熔点煤在高温条件下,气化反应速率随温度的升高变化不大,有时甚至略有下降;对于高灰熔点煤种其气化反应速率随温度的升高仍继续升高。
摘要:高温下常规固硫产物CaSO4的不稳定与分解是导致层燃炉和煤粉炉内固硫效率低下的主导因素,研究不同矿物质体系中硫酸钙的高温热变化行为具有重要意义。文中以化学纯矿物为研究对象,采用TG-DTG—DSC热综合分析法研究了煤灰氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO对CaSO4高温稳定性的影响;并采用高温反应器、XRD等试验设备及测试方法分析了CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3与CaSO4所组成的二元、三元矿物组分的固相反应过程。结果表明,CaO的加入对CaSO4的分解影响并不明显,SiO2、Fe2O3、Al2O3对CaSO4的分解总体表现为促进作用。SiO2在高温下易与CaO发生固相反应形成硅酸二钙和硅酸钙使得CaSO4的初始分解温度降低,在1200℃以后硫硅酸钙的形成对CaSO4的分解有一定的延缓作用。Fe2O3的加入由于铁离子的扩散效应促进了CaSO4的分解。Al2O3对CaSO4分解的影响具有两重性,Al2O3在CaSO4分解初期易与CaO发生固相反应形成铝酸钙促进CaSO4分解,但在CaSO4分解后期形成硫铝酸钙在一定程度上抑制了CaSO4的分解。
摘要:焚烧炉处理城市垃圾后排放的粉尘中含有严重危害人类身体健康,甚至危害生命安全的有机污染物多环芳烃(PAHs)和二恶英。该文采用高压正脉冲电晕放电低温等离子体对垃圾焚烧炉布袋除尘器中飞灰进行处理,并对处理后飞灰的孔隙结构、微观表面形态及其PAHs和二恶英含量进行了观察分析。结果发现高压正脉冲电晕放电可以使颗粒表面产生物理脆性变化,从而改变其原有的孔隙结构。含量分析结果表明放电后粉尘中PAHs和二恶英含量明显降低,而且随着放电峰值电压升高,降解效率逐渐增加。随着粉尘中PAHs和二恶英初始浓度的增加,降解效率有所减小,峰值电压为30kV时对高浓度二恶英的降解效率为5%-15%,对低浓度二恶英的降解效率可以高达50%。随着放电时间的增加,PAHs的降解效率逐渐增加,放电时间3min对其降解效率可达80%。
摘要:构建了煤直接制氢定压实验系统,实现了高压系统内固体反应物料和水蒸气的连续供给和富氢气体产物的连续生产。以忻州烟煤为原料,在压力为3MPa和钙碳摩尔比为1.0的条件下对不同的温度等级(600、650、700和800℃)以及在3MPa压力和650℃温度条件下对不同钙碳摩尔比(0.6、1.0和1.5)进行了实验研究。实验结果表明实验压力下650℃以上的反应温度和1.0的钙碳摩尔比具有很好的制氢效果。典型工况下气态产物中氢占77.2%,甲烷占19.0%,二氧化碳及一氧化碳含量很少,均在1%左右。
摘要:在已有循环流化床锅炉燃烧、流动和换热的机理模型的基础上,进行了改进,建立了一个模拟循环流化床锅炉动态特性的综合数学模型。将上述模型应用于南京金陵石化热电厂220t/h循环流化床锅炉的动态特性仿真,仿真结果与实际运行数据平均误差小于4%,表明了上述模型的合理性和准确性。在对循环流化床锅炉进行了给煤量扰动、一次风量扰动仿真基础上,分析了床温、主汽流量、主汽温和主汽压对各调节量的关系。论文定义了3种煤种燃烧特性指标,对煤质进行量化,并根据仿真结果,得出了循环流化床锅炉各被调量的动态特性参数与负荷和煤种燃烧性能指标的关系,从而可根据当前负荷和煤质预测锅炉的动态特性。
摘要:由于工业炉膛的大尺寸以及炉内介质的消光作用,从火焰图像中重建炉膛内三维温度场时,光学厚度是一个重要的影响因素。文中通过建立的辐射成像模型,根据CCD摄像机得到的火焰温度图像,用Tikhonov正则化方法重建炉膛三维温度分布。针对一台10m×10m×20m的大型炉膛,给出了不同的光学厚度下三维温度场的重建误差,并考虑测量误差、介质辐射参数分布、壁面辐射对炉内温度场重建的影响。结果表明:当光学厚度在1~15范围之内,炉内三维温度场的重建结果较好。
摘要:应用CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行三维数值模拟,计算采用贴体网格,简化PDF方法模拟湍流燃烧,编制UDF分别考虑了焦炭同O2、H2O、CO2和H2的反应。计算考察了改变水煤浆浓度及[C],[O]原子比等重要参数对气化炉运行特性的影响。焦炭仅同氧气反应时的转化率为32%,而总转化率为95%,说明焦炭同H2O、CO2和H2的异相反应在气化过程中占重要作用;煤粉粒度越大,碳转化率越低,粒度为175μm时,碳转化率仅为72%;气化温度是影响气化反应的决定性因素。随着水煤浆浓度的增高,CO摩尔分数明显升高、H2O和CO2摩尔分数明显降低,H2摩尔分数略有降低。随着[O]/[C]原子比的增加,H2摩尔分数明显降低,CO和CO2摩尔分数几本不变。出口温度和碳转化率随煤浆浓度和[O]/[C]原子比的增加而增高。冷煤气效率随煤浆浓度的提高而提高,随[O]/[C]比的增加会在1~1.05之间出现峰值。
摘要:调峰机组频繁调整负荷,汽轮机汽缸紧固螺栓处于疲劳-蠕变交互作用,对紧固螺栓多轴应力下疲劳-蠕变损伤的研究对调峰机组安全运行和维修具有重要意义。该文对镍基合金Nirnonic 80A进行了550℃下单轴及空心螺栓的疲劳-蠕变断裂实验,应用Chaboche—Nouaihas模型,用有限元软件ABAQUS模拟了空心螺栓的疲劳-蠕变过程。结果表明,与空心螺栓的纯蠕变断裂不同,疲劳-蠕变断裂发生在应力集中的螺纹处,有限元计算结果与实验结果吻合较好。
摘要:文中采用商业CFD软件建立有限元模型,并采用k-ε两方程湍流模式求解了蜂窝密封的流动特性。从能量转化的角度分析解释了蜂窝密封具有良好封严特性的原凶。计算结果表明,由于蜂窝密封特殊六边形结构将泄漏流体分割成小涡流,更有效地将气体能量转化为热能,从而减小泄漏;梳齿密封由于环向流动存在,削弱了能量耗散,泄漏量比较大。同时说明合适的蜂窝芯格尺寸和蜂窝深度会提高能量耗散,达到最佳的封严效果。文中的研究成果为透平机械中应用蜂窝密封提供了理论依据和技术支持。
摘要:为减少大型空冷汽轮发电机转子轴向的温差及其热应力,有必要对沿转子轴向的各径向风道内空气质量流量分布进行研究。该文以150MW空冷汽轮发电机转子为例,应用有限体积法,在实验研究基础上,求解转子半轴向段通风道内空气的紊流流动等三维方程组,在变结构条件下,研究了转子紊流模型、副槽入口风速等物理量变化对轴向各径向风沟空气质量流量分布的影响。研究结果表明,在不同的副槽入口风速下,沿轴向转子各径向风沟内的空气流量偏差随转子风道结构参数变化。结论对更大容量空冷汽轮发电机转子通风均匀性设计具有指导意义。
摘要:基于Jeffcott转子模型,结合涡轮的经典阿尔福德(Alford)力流固耦合动力学模型,建立了考虑涡轮Alford力的系统远动方程,通过理论分析导出了表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表达式。最后通过图形分析了涡轮Alford力对转子系统动力学性能的影响,给出了一些可用于指导转子系统动力学设计和故障诊断的结论。分析表明,Alford力会促进正向涡动而抑制反向涡动,增大正、反向涡动的模态频率,降低正向涡动的稳定性,而提高或降低反向涡动的稳定性则取决于系统的相对阻尼,增大或减小系统的动力放大系数则取决于比转速,并改变系统响应的相位。
摘要:无叶扩压器的旋转失速限制了离心压缩机的运行范围。已有的失速预测模型在应用于压缩机末级时会产生较大的偏差。对于高压场合下通常采用的叶轮,因其叶片出口宽度和半径比很小,偏差则更加明显。该文利用文献中的实验结果,建立了基于小波神经网络的失速和性能预测模型;并分析了几何尺寸对压缩机稳定性和设计点效率的影响。研究结果表明:叶轮出口无量纲宽度不同,扩压器尺寸的影响表现也不同。扩压器的收缩形状,对临界角和性能的影响较小。分析的结果对于高压压缩机末级的设计具有一定的指导意义。
摘要:观测器的稳定性证明是观测器存在的根本依据,文中在增量式函数观测器IFO-K△x成立的充要条件的基础上,探讨由于受控对象的固有特性(如不确定性、慢时变性等)使得IFO-K△x的充要条件不能给予严格保证时,其渐近稳定关系的变化。通过数学分析,论证IFO-K△x对于输入端存在不确定性有界扰动时的稳定鲁棒性。理论分析和工程实践均证明了,采用IFO-K△x设计状态反馈控制系统,不仅具有适用性和实用性,而且比起普通观测器具有较好的稳定鲁棒性,从而为观测器理论在控制工程中的创新与推广应用提供了一个重要的理论依据。
摘要:针对具有实参数不确定性的热工过程,基于概率鲁棒方法,提出一种PID控制器设计方法。根据被控对象模型的参数摄动状态,计算闭环系统满足各条性能设计要求的概率,并对其进行综合作为优化算法的目标函数,利用遗传算法对PID控制器参数进行优化,用蒙特卡罗实验对控制系统进行鲁棒性检验。针对4种典型的热工过程进行了仿真试验,并与基于标称参数的设计方法以及传统的整定方法进行了比较。仿真结果表明,基于概率鲁棒的PID控制器设计方法对模型参数不确定性具有较好的鲁棒性,在被控对象存在一定的不确定性时,系统能以最大的概率满足设计要求,因此适用于具有参数不确定性的典型热力过程的控制。