气流床气化细渣与煤的共燃特性和交互作用

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作者 海雪琴 孔垂中 +6 位作者 门小勇 白永辉 吕鹏 宋旭东 苏暐光 王焦飞 于广锁 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期165-176,共12页

气流床气化细渣(FS)含碳量较高,将其与煤掺烧有望实现FS的资源化利用。文章选用三种不同煤阶的煤与FS为原料,利用热重分析仪研究了两种原料的共燃特性、交互作用和动力学。结果表明:添加三种不同煤阶的煤均能改善FS的综合燃烧性能,当煤... 气流床气化细渣(FS)含碳量较高,将其与煤掺烧有望实现FS的资源化利用。文章选用三种不同煤阶的煤与FS为原料,利用热重分析仪研究了两种原料的共燃特性、交互作用和动力学。结果表明:添加三种不同煤阶的煤均能改善FS的综合燃烧性能,当煤的添加比例为80%时,无烟煤对FS的引燃作用和燃尽性能改善较弱,烟煤和褐煤可将FS的着火点分别降低137℃和180℃,燃尽温度降低118℃和132℃,稳燃性指数较FS单独燃烧分别提高了38%、78%、81%;无烟煤因其挥发分含量低和FS之间几乎没有交互作用,该反应过程所需活化能高达148 kJ/mol,随着烟煤和褐煤添加量的增加,共燃体系的失重峰逐步由双峰转变为单峰,煤中大量挥发分的释放使煤与FS共燃过程趋于同步化,褐煤与FS交互作用更加明显,烟煤和褐煤与FS共燃体系所需活化能最高分别仅需71 kJ/mol和57 kJ/mol;基于原位高温热台显微镜和图像处理技术解耦了900℃下共燃体系中煤中挥发分对FS碳转化率的贡献率,其中,无烟煤体系中的FS颗粒面积收缩率最低,仅为65%,而烟煤和褐煤因其较高的挥发分,使得体系中的FS颗粒面积收缩率较高,分别达78%和87%。本研究为煤与气流床气化细渣共燃技术的开发提供了理论指导。 展开更多

关键词 气流床气化细渣 煤 共燃特性 交互作用 原位研究

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多喷嘴对置式气化炉耐火衬里温度及应力场的有限元分析 被引量：5

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作者 苏暐光 史雨晨 +5 位作者 宋旭东 王文鑫 王焦飞 白永辉 姚敏 于广锁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期274-283,共10页

热应力过大是造成气化炉耐火衬里损坏的重要原因之一,分析耐火衬里的温度分布和应力分布能有效避免应力集中并优化耐火衬里结构。建立了三维多喷嘴对置式(OMB)水煤浆(CWS)气化炉炉壁K砖部位的计算模型,采用有限元法研究了稳态过程中热... 热应力过大是造成气化炉耐火衬里损坏的重要原因之一,分析耐火衬里的温度分布和应力分布能有效避免应力集中并优化耐火衬里结构。建立了三维多喷嘴对置式(OMB)水煤浆(CWS)气化炉炉壁K砖部位的计算模型,采用有限元法研究了稳态过程中热负荷对耐火衬里和钢壳的温度、等效应力、等效应变和总变形分布的影响。结果表明:热面砖热端面温度为1300℃时,计算的钢壳温度为206.4℃,该模拟结果与工业数据基本一致;热面砖应力>背衬砖应力>钢壳应力>隔热砖应力,且热面砖热端面应力最大易出现裂纹,陶瓷纤维处应变最大,隔热砖绝对变形量远小于热面砖和背衬砖;随着热面砖热端面温度从1100℃升高到1400℃时,耐火衬里和钢壳的整体温度升高,钢壳外表面温度从177.2℃逐渐增加到220.9℃,温度变化不超过50℃,耐火衬里及钢壳整体应力增大,尤其是热面砖应力增加最为明显,热端面应力从0.68 GPa升高到1.10 GPa,等效应变也逐渐增加,且热面砖和背衬砖应变增加幅度较大,热面砖、背衬砖和隔热砖的绝对变形量也随之增加;随着热面砖厚度由60 mm增加到230 mm,耐火衬里和钢壳的整体温度降低,钢壳外表面温度从225.9℃缓慢降低到206.4℃,即热面砖厚度对钢壳外表面温度影响较小,热面砖和背衬砖应力迅速减小而隔热砖和钢壳应力变化较小,当热面砖厚度为180 mm时,热面砖整体应力大小适中,而且分布均匀没有明显突变,耐火衬里的应变逐渐减小尤其是背衬砖区域应变减小趋势最快,而且应变结果与应力结果的变化规律基本一致,背衬砖绝对变形量最大,热面砖绝对变形量次之,隔热砖绝对变形量最小。结合温度场、应力、应变分布规律,当热面砖厚度为180 mm时,最有利于提高耐火衬里尤其是热面砖的使用寿命。 展开更多

关键词 OMB气化炉 耐火衬里 K砖 温度场 等效应力 有限元法

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CuO_(x)/CNTs催化剂上丙烯氧气环氧化反应 被引量：2

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作者 苏暐光 孔磊 +4 位作者 张策 宋旭东 王焦飞 于广锁 姚敏 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期858-865,共8页

以尿素为沉淀剂,通过均相沉积-沉淀法合成了CuO/CNTs(CNTs即碳纳米管)复合材料,对CuO/CNTs在不同气氛和温度下进行预处理;并采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对预处理后的CuO_(x)/CNTs催化剂的物相结构、微观形貌和粒径大小进... 以尿素为沉淀剂,通过均相沉积-沉淀法合成了CuO/CNTs(CNTs即碳纳米管)复合材料,对CuO/CNTs在不同气氛和温度下进行预处理;并采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对预处理后的CuO_(x)/CNTs催化剂的物相结构、微观形貌和粒径大小进行了表征,发现不同预处理方式可以控制Cu物种的价态分布;然后详细研究了Cu物种的价态对CuO/CNTs催化丙烯氧气环氧化反应性能的影响。结果表明:随着N_(2)预处理温度升高,Cu^(2+)物种逐渐被CNTs还原为Cu^(+)物种,Cu^(+)物种进一步被还原为Cu^(0)物种,但是由于CNTs的限域效应,Cu物种的形貌和粒径大小几乎没有发生变化;CuO_(x)/CNTs的丙烯环氧化反应活性随着N_(2)预处理温度的升高先增加后降低,当N_(2)预处理温度为350℃时,Cu^(+)物种含量最高,此时环氧丙烷的形成速率最大;CuO_(x)/CNTs催化剂上丙烯环氧化反应活性的变化趋势与Cu^(+)物种含量的变化趋势完全一致,Cu^(+)物种最有利于环氧丙烷的生成,有可能是CuO_(x)/CNTs催化剂上丙烯氧气环氧化反应的活性中心。 展开更多

关键词 丙烯环氧化 CuO_(x)/CNTs Cu^(+)物种 N_(2)预处理 氧气

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Co3O4/CNTs复合材料的制备及其电化学性能 被引量：1

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作者 苏暐光 张策 +2 位作者 白永辉 宋旭东 于广锁 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期78-85,共8页

通过水热法在水与乙醇不同体积比下制备了Co3O4/CNTs复合材料。采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对Co3O4/CNTs的微观形貌、粒径大小和物相结构等物化性质进行表征。通过循环伏安法,恒电流充、放电和交流阻抗等测试方法考察了... 通过水热法在水与乙醇不同体积比下制备了Co3O4/CNTs复合材料。采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对Co3O4/CNTs的微观形貌、粒径大小和物相结构等物化性质进行表征。通过循环伏安法,恒电流充、放电和交流阻抗等测试方法考察了不同Co3O4粒径的Co3O4/CNTs的电化学性能。结果表明:具有尖晶石结构的Co3O4主要负载在CNTs的外表面;随着水体积分数的增加,Co3O4的粒径从5 nm逐渐增大到22 nm;随着Co3O4粒径的增加,Co3O4/CNTs在0.5 A/g电流密度下的比电容从207.5 F/g降至94.7 F/g;Co3O4粒径为5 nm的Co3O4/CNTs具有更高的比电容、优良的倍率特性和稳定性,2000次充、放电循环过程中比电容不降反升,稳定在220 F/g左右。 展开更多

关键词 CO3O4 CNTS 粒径 比电容

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可见光区光催化分解水制氢的研究进展 被引量：2

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作者 苏暐光 马保军 《太阳能》 2013年第9期21-25,共5页

介绍了光催化分解水的基本原理,综述了近年来各种类型的半导体光催化剂在可见光区分解水制氢的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词 可见光 光催化 分解水制氢 半导体 太阳能

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Co3O4/CNTs复合电极材料的水热法合成及电化学性能

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作者 苏暐光 王文鑫 +6 位作者 史雨晨 张策 宋旭东 王焦飞 白永辉 姚敏 于广锁 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期201-209,共9页

为了考察CNTs使Co3O4/CNTs导电性和Co3O4分散性的提高对增大复合电极材料比电容的影响,以Co(NO3)2·6H2O和CNTs为原料,通过水热法成功制备了Co3O4和Co3O4/CNTs复合电极材料,并采用TEM和XRD表征了复合材料的粒径大小、微观形貌和物... 为了考察CNTs使Co3O4/CNTs导电性和Co3O4分散性的提高对增大复合电极材料比电容的影响,以Co(NO3)2·6H2O和CNTs为原料,通过水热法成功制备了Co3O4和Co3O4/CNTs复合电极材料,并采用TEM和XRD表征了复合材料的粒径大小、微观形貌和物相结构等物性,测试了Co3O4和Co3O4/CNTs的循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等电化学性能。结果表明:由于CNTs的分散作用,复合材料中Co3O4的粒径从87 nm减小到13 nm,且具有尖晶石结构的Co3O4纳米粒子主要负载在CNTs的外表面;Co3O4/CNTs复合材料的比电容和电容保持率均远高于Co3O4,且其导电性能提高对比电容增加的贡献远高于Co3O4粒径减小的贡献;经过2000次充放电循环后,Co3O4/CNTs复合材料的比电容保持在180 F/g左右,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。 展开更多

关键词 Co3O4/CNTs 水热法 电化学性能 导电性能 粒径

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AFI型分子筛吸附H_2分子的密度泛函理论研究 被引量：1

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作者 吴玉花 苏暐光 +4 位作者 马晓琴 赵天生 冀永强 白红存 梁彬 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期175-180,共6页

采用基于密度泛函理论的量子化学计算,对AFI型分子筛吸附H2分子的不同吸附模式进行理论探讨.结果表明,H2分子在分子筛孔道内的吸附属于物理吸附范畴.由于相互作用较弱,吸附前后H2分子和AFI分子筛的几何结构变化都较小.根据结合能的计算... 采用基于密度泛函理论的量子化学计算,对AFI型分子筛吸附H2分子的不同吸附模式进行理论探讨.结果表明,H2分子在分子筛孔道内的吸附属于物理吸附范畴.由于相互作用较弱,吸附前后H2分子和AFI分子筛的几何结构变化都较小.根据结合能的计算结果,S1～S5模式中H2分子吸附均为放热过程,其中S1模式放出热量最多;在考虑基组重叠误差效应时S6为吸热过程.AFI分子筛吸附H2分子形成的复合物的前线轨道主要由分子筛原来相应轨道贡献,前线轨道在H2分子上几乎没有分布.不同吸附模式对AFI型分子筛吸附H2分子形成的复合物的电子性质影响很小. 展开更多

关键词 AFI分子筛 氢分子 吸附 密度泛函理论 电子结构

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煤与生物质共热解过程中碱金属迁移及检测研究进展 被引量：6

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作者 别南西 王焦飞 +4 位作者 吕鹏 白永辉 宋旭东 苏暐光 于广锁 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第1期31-41,共11页

煤与生物质共热解是实现煤炭与生物质清洁高效利用的重要手段,不仅可缓解煤炭需求量不断增加和储量不断减少的矛盾,还可以解决生物质单独利用能量密度低、分散性和季节性等问题。但是碱金属挥发带来的设备腐蚀问题严重制约了煤与生物质... 煤与生物质共热解是实现煤炭与生物质清洁高效利用的重要手段,不仅可缓解煤炭需求量不断增加和储量不断减少的矛盾,还可以解决生物质单独利用能量密度低、分散性和季节性等问题。但是碱金属挥发带来的设备腐蚀问题严重制约了煤与生物质单独热解和共热解技术的发展。从煤与生物质单独热解过程中碱金属迁移的影响因素、迁移路径、研究方法和检测手段等方面出发,对国内外煤与生物质单独热解、共热解过程中碱金属迁移转化的研究进行综述,解析煤与生物质共热解过程中碱金属的迁移机理。总结了热解温度、热转化气氛、升温速率、原料种类等对碱金属迁移的影响规律,碱金属的气相释放和固相转化及研究方法和检测手段等方面的研究,并对煤和生物质共热解过程中碱金属挥发的原位检测方法作了展望。 展开更多

关键词 煤与生物质 共热解 单独热解 碱金属迁移

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气流床煤气化熔渣流动行为参数预测模型的研究进展 被引量：2

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作者 赵超越 白永辉 +5 位作者 宋旭东 苏暐光 吕鹏 王焦飞 于广锁 姚敏 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期66-81,共16页

煤的灰熔融特性和黏温特性是气流床(EFB)气化炉能否顺利排渣的2个关键指标。EFB气化炉内的化学反应处于高温高压湍流多相反应的苛刻条件下,通过试验获取熔渣流动行为参数困难大,建立能够预测该参数的模型至关重要。在分析煤的灰熔融特... 煤的灰熔融特性和黏温特性是气流床(EFB)气化炉能否顺利排渣的2个关键指标。EFB气化炉内的化学反应处于高温高压湍流多相反应的苛刻条件下,通过试验获取熔渣流动行为参数困难大,建立能够预测该参数的模型至关重要。在分析煤的灰熔融特性参数(灰熔融温度、全液相温度)、黏温特性参数(黏度、临界黏度温度)及影响参数因素的基础上,阐述了回归分析法、软件预测法(FactSage、LAMMPS)、数学建模法(反向传播神经网络、支持向量机)和离子势预测法4种预测方法的原理及步骤,对灰熔融特性参数和黏温特性参数构建预测模型进行了系统综述,最后归纳了4种预测煤灰流动行为方法的优缺点及应用范围。基于煤灰成分及其微观结构,结合热力学和动力学模拟软件,采用数学模型优化流动性参数,从而建立最优预测公式,对指导EFB气化过程中熔渣流动行为的准确预测具有重要意义。 展开更多

关键词 气流床气化 熔渣 灰熔融特性 黏温特性 预测方法及模型

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基于光学诊断技术的单颗粒煤着火及碱金属辐射特性 被引量：2

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作者 李金云 谢非 +5 位作者 宋旭东 白永辉 吕鹏 王焦飞 苏暐光 于广锁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1727-1735,共9页

煤着火特性研究是实现煤高效和清洁利用的理论基础,煤中所含的K和Na等碱金属在燃烧过程中释放到气相中并进入系统容易引起反应器高温腐蚀、受热面结垢和炉内结渣等问题。单颗粒煤燃烧形式简单,其相关研究结果可以更好地揭示煤着火特性... 煤着火特性研究是实现煤高效和清洁利用的理论基础,煤中所含的K和Na等碱金属在燃烧过程中释放到气相中并进入系统容易引起反应器高温腐蚀、受热面结垢和炉内结渣等问题。单颗粒煤燃烧形式简单,其相关研究结果可以更好地揭示煤着火特性。基于单颗粒煤着火检测平台,探究了不同氧气体积流量下单颗粒羊场湾(YCW)烟煤和淖毛湖(NMH)褐煤燃烧过程中着火特性及碱金属Na^(*)、K^(*)辐射特性。利用高速摄像技术捕捉单颗粒煤着火过程中火焰演变过程,结合高光谱成像技术测定火焰中碱金属Na^(*)和K^(*)自发辐射光谱,获得碱金属的空间释放行为。结果表明:不同煤种着火过程不同,YCW煤颗粒挥发分燃烧过程中形成包络型火焰,NMH煤则由于挥发分高,着火反应比较剧烈,未出现包络现象,且整个着火过程中火焰亮度比YCW煤强。氧气增加对煤颗粒着火具有促进作用,随着氧气体积流量增加,YCW煤和NMH煤着火延迟时间减小,且NMH煤着火延迟时间小于YCW煤。着火产生时火焰亮度最亮,火焰外形相对平缓稳定。单颗粒YCW煤和NMH煤着火燃烧过程中碱金属Na^(*)、K^(*)辐射特性在煤颗粒着火后的挥发分反应过程和焦炭燃烧过程中不同,其中,挥发分反应过程Na^(*)和K^(*)辐射强度最强,Na^(*)在挥发分反应过程和焦炭反应过程中分别存在释放峰,但K^(*)辐射强度在挥发分反应过程和焦炭燃烧过程并未出现明显的释放峰。当氧气增加,YCW煤和NMH煤碱金属释放时间逐渐提前,且NMH煤碱金属辐射开始时间小于YCW煤。另外,就单颗粒煤着火过程分析得出,燃烧火焰外围位置比中心位置碱金属Na^(*)和K^(*)释放强度更强。 展开更多

关键词 单颗粒煤燃烧 火焰图像 碱金属辐射特性 光学诊断

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水煤浆气化炉耐火衬里瞬态温度场与应力场分析

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作者 高靖红 史雨晨 +3 位作者 苏暐光 宋旭东 王焦飞 于广锁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期979-988,共10页

耐火衬里是多喷嘴对置式(OMB)水煤浆气化炉的关键组成部件,气化炉内剧烈的温度变化会使耐火衬里产生很大的瞬态热应力,导致砖体开裂甚至剥落。为提高耐火衬里的使用寿命,期望对耐火砖的性能进行原位观察,然而,炉内的极端环境使得很难通... 耐火衬里是多喷嘴对置式(OMB)水煤浆气化炉的关键组成部件,气化炉内剧烈的温度变化会使耐火衬里产生很大的瞬态热应力,导致砖体开裂甚至剥落。为提高耐火衬里的使用寿命,期望对耐火砖的性能进行原位观察,然而,炉内的极端环境使得很难通过在线测试和实验手段对其内部进行研究。通过数值模拟方法,可以不受极端条件的限制,研究耐火衬里在气化炉运行期间遇到的一些问题。以某OMB水煤浆气化炉为对象,建立了K砖部位耐火衬里的有限元分析模型,综合考虑材料参数随温度变化的影响,对烘炉、开车和停车阶段耐火衬里产生的瞬态温度场及应力场分布进行计算分析。结果表明,气化炉烘炉过程中热流从热面砖逐渐向钢壳传递,由于传热的滞后性,当热面砖温度达到1300℃后,耐火衬里整体温度场还需60 h才能达到稳态;对于所有计算工况,结构最大热应力都出现在热面砖顶部弯曲处,耐火衬里瞬态应力场与温度场变化规律相一致,说明热应力大小与温度梯度有关,温度梯度越大,热应力变化越剧烈;气化炉停车降温过程中产生的拉应力是导致耐火衬里产生裂纹的直接原因,在气化炉频繁的开停车过程中,耐火衬里不断受到拉压应力的交互作用,是导致其发生断裂的根本原因;在气化炉开车和停车过程中操作温度不宜过高,应在保证气化炉正常运行的情况下尽可能维持较低的操作温度。数值仿真结果进一步为气化炉耐火衬里的工况优化及安全稳定运行提供有效参考。 展开更多

关键词 耐火衬里 数值模拟 热传导 瞬态温度场 热应力

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