过程工程学报

本期封面和目录

过程工程学报. 2019, 19(5): 0.

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废锂离子电池中锂提取技术研究进展

徐平陈钦张西华曹宏斌王景伟张懿孙峙

过程工程学报. 2019, 19(5): 853-864. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219221

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作为一种关键原材料，锂是生产新能源汽车锂离子电池必需的战略金属。随着新能源汽车产业的快速发展，对锂的需求量持续骤增。然而，我国锂矿石等一次资源储量低，对外依存度目前已高达70%，难以满足快速增长的市场需求，供需矛盾日渐突出。因此，高效清洁提取废锂离子电池中的锂必将成为锂资源的重要补充，对有效避免废锂离子电池对生态环境和人体健康的二次污染风险、保障战略金属锂的安全供给和新能源汽车行业的可持续发展意义重大。鉴于湿法冶金具有回收率高、回收产物纯度高、能耗低等优点，本研究综述了近年来以湿法冶金为主提取废锂离子电池中锂的研究进展，重点分析了废锂离子电池预处理、浸出、锂分离与提取的主要方法及其优缺点，并提出了进一步强化选择性提取锂相关技术研发及废锂离子电池全组分清洁利用的建议，同时对废锂离子电池回收工艺的发展趋势及前景进行了展望。

不同组合桨搅拌槽内非牛顿流体的微观混合特性

杨娟张庆华杨超毛在砂

过程工程学报. 2019, 19(5): 865-871. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219128

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在直径0.282 m的搅拌槽内，以羟乙基纤维素(HEC)水溶液为工作体系，以磷酸盐?碘化物?碘酸盐平行竞争反应为模型反应，比较了非牛顿流体体系中向心桨、Rushton桨、三斜叶桨的功率准数，考察了加料时间、桨型及双层桨组合对微观混合效果的影响。结果表明，随功率增大，功率准数基本不变，Rushton桨功率准数最大，是向心桨的两倍、斜叶桨的四倍。随加料时间增大，离集指数先减小后不变。在实验考察范围内，单位体积功耗相等的情况下，单层桨微观混合效果的顺序为Rushton桨?向心桨?斜叶桨，双层桨中高剪切的Rushton桨与强循环的斜叶桨组合的微观混合效率最高。

基于智能高分子材料的灵敏检测技术研究进展

彭寒雨汪伟褚良银

过程工程学报. 2019, 19(5): 872-879. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219222

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近年来，将智能高分子材料识别响应的微小刺激信号转化并放大为方便人们读取的信号检测技术成为研究热点。本工作综述了近年来基于智能高分子材料的灵敏检测技术的研究进展，重点介绍了将智能高分子材料识别响应刺激信号转化为电信号、流量信号和光信号的检测技术。最后讨论了基于智能高分子材料的灵敏检测技术应用时需解决的关键问题，为基于智能高分子材料的灵敏检测技术的设计与应用提供了有价值的参考。

从商业化角度看锂-空气电池的发展

张沁茗谢召军周震

过程工程学报. 2019, 19(5): 880-889. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219255

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锂-空气电池的完全商业化，一直是该研究领域的目标。但实现该目标，必须考虑到各方面的问题，任何小的影响因素都应该尽量考虑在内。负极需要保护其不受水分、二氧化碳、电解液中反应中间物等物质的侵蚀，并抑制枝晶的产生。正极中高效的电极反应催化剂及能容纳放电产物的高比表面积结构是维持电池稳定循环的基本要求。合理的添加剂对电解液性能的提高也非常有必要。电池整体需考虑各种外部因素，如电池构造、尺寸放大等。目前有关锂?空气电池的研究已经取得了很多进展，但仍然缺少决定性突破。以商业化为最终目的，本综述从锂?氧气电池各组成部分切入，对近几年的研究进展进行总结，着重于电池体系整体的研究报道，对未来锂?空气电池的发展进行了展望。

基于文献计量的离子液体领域研究现状及发展趋势

郑征霍锋王瑜

过程工程学报. 2019, 19(5): 890-899. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219282

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基于文献计量分析方法及可视化工具，以科学引文索引扩展数据库(SCIE)为数据源，从发文年代分布、地理分布、国际合作、期刊及学科分布、高产机构分布、高产作者和研究主题等角度，分析离子液体领域研究的发展态势。结果表明，近十年，离子液体领域一直保持较活跃的发展态势，发文量逐年增加。全球共有114个国家或地区、9000多家机构参与了离子液体领域的研究，且中国的发文量和总被引量均居世界第一，美国、中国主要发文国家在合作网络中处于中心地位。近十年离子液体领域的研究热点集中在高压电池、电解液、催化反应、动力学研究、界面研究、CO2化学、分离强化技术及催化降解等方面。从研究主题演化趋势看，离子液体在催化及CO2吸附捕获等方面的研究逐渐式微，电化学储能、生物催化降解、金属有机骨架新材料将可能成为未来几年新的研究热点。

全固态锂离子电池技术进展及现状

刘鲁静贾志军郭强王毅齐涛

过程工程学报. 2019, 19(5): 900-909. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218331

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锂离子电池电解质多为有机液体，易燃易爆、安全性差。用固态电解质制备的全固态锂离子电池，具有电化学窗口宽、能量密度大和安全性高等优点，是电动汽车和规模化储能应用的理想化学电源。本工作主要介绍了全固态电解质的电解质材料及电极/电解质界面调控与机理问题，为改善固/固界面相容性及降低界面阻抗方面提供解决方案。阐述了目前主流的正负极材料、全固态锂离子电池的设计及目前的专利申请状况，简要讨论了全固态锂离子电池面临的主要问题，并从产业应用角度展望了其应用现状和未来发展趋势，为从业者全面了解全固态电池的发展提供有利依据。

含氧酸根检测方法的研究现状及质谱法在钨钼分离中的应用前景

蔺淑洁宁朋歌张懿

过程工程学报. 2019, 19(5): 910-918. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218333

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溶剂萃取法具有操作简单、回收率高、产品纯度高等优点，被广泛应用于钨钼分离。分离过程中钨钼离子形态会影响与萃取剂的结合方式及萃取历程，因而研究钨钼的离子形态变化有助于深入了解钨钼分离机理，进而指导工业生产。在水溶液中，钨钼的离子形态以钨钼含氧酸根形式存在，研究钨钼离子形态的本质即研究不同钨钼含氧酸根形式对萃取分离过程的影响。本工作综述了水溶液中含氧酸根离子形态的仪器分析方法，发现ESI-MS(电喷雾质谱法)在监测萃取过程中钨钼离子形态转化路径中具有潜在应用，并对ESI-MS在湿法冶金领域中监测钨钼离子形态及其转化规律的应用进行了展望，旨在为今后深入了解钨钼分离机理、定向调控钨钼分离过程及工业生产提供理论指导。

形貌可控的银纳米颗粒合成及应用

王凯汪涵周榆窦翔宇韩永生

过程工程学报. 2019, 19(5): 919-931. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218343

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银纳米材料具有独特的物理性质，在光学、生物和催化等领域应用潜力巨大，是近年来材料领域的研究热点。银纳米材料的很多性能与其形貌密切相关，如枝状银纳米颗粒局部表面等离子体共振较强，不同形貌的银纳米颗粒裸露不同的晶面，导致其催化选择性不同。因此，控制合成特定形貌和结构的银纳米颗粒一直是该领域的重要研究方向。本工作综述了近年来银纳米颗粒形貌可控的合成方法，包括溶液还原法、晶种法、生物合成法、光诱导法、反应-扩散调控的动力学法和模板法等，比较了不同方法的优缺点，分析了不同合成方法的机理。重点介绍了基于反应和扩散调控的动力学方法，总结了其优点和普适性。调研了不同形貌银纳米颗粒在抑菌、局部等离子体共振和催化等领域的应用研究，分析了不同形貌银纳米颗粒的工业化应用前景，并对银纳米形貌的可控合成和应用进行了展望。

氧化酯化反应催化剂的研究进展

尹德峰田运郑艳霞左村村葛亭亭李玉超黄昊飞傅忠君

过程工程学报. 2019, 19(5): 932-939. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219229

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本工作综述了近年来醛或醇氧化酯化催化剂的研究进展，介绍了均相催化剂和非均相催化剂的研究情况，其中均相反应体系，催化剂不易分离且能耗较大，价格普遍偏高，适用于氧化酯化的均相反应体系难以工业化。非均相反应体系在工业化方面具有很大优势，催化剂分离简单易还原、可回收再利用等，但同样存在稳定性较差及收率较低的问题。分析了贵金属催化剂和非贵金属催化剂的合成、结构及催化醛氧化酯化性能，总结了部分催化剂催化醛氧化酯化的反应机理。通过各种制备方法调控催化剂的结构、形貌、比表面积，进而暴露大面积活性面及延长催化剂的使用寿命来提高催化剂的经济效益。展望了氧化酯化反应催化剂的研究方向，贵金属催化剂由于成本限制，非贵金属催化剂将是未来醛氧化酯化领域重点研究的方向。

地沟油生物柴油在旋流喷嘴中的雾化实验及模拟

张逸水王霜李法社

过程工程学报. 2019, 19(5): 940-948. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219102

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对地沟油生物柴油在旋流雾化喷嘴中的内部流场及外部流场进行数值模拟，考察了喷嘴孔径、旋流芯螺距、螺柱槽道横截面积和槽道形状等结构参数对出口雾化速度及索特平均直径的影响，通过实验对模型进行了验证。结果表明，0.7 mm孔径的喷嘴的韦伯数最大，索特平均直径与雾化锥角最优。螺距4 mm的喷嘴雾化特性最优，旋流芯螺距越小，流体在喷嘴内旋流次数越多，阻力损失越大，流体在切向分量上速度越大。梯形槽道的雾化效果最好，相同横截面积下槽道的水力直径越大，雾化效果越好；截面积1 mm2槽道的喷嘴最优，槽道横截面积越小，流体在槽道中的湍流程度越大，流体内部剪切应力越大，液体表面不稳定波急剧增大。

滚筒端面对颗粒物料轴向混合过程影响的离散模拟

侯全勋董世杰张泉冯勇进王晓宇刘晓星

过程工程学报. 2019, 19(5): 949-958. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219108

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基于离散单元法模拟了仅颜色存在差异的两组分颗粒物料在轴径比0.3的窄滚筒中的轴向混合过程，滚筒的左侧端面固定，右侧端面可随侧壁旋转。结果表明，不同物料装载量和滚筒转速下，在达到完全混合状态前，黄红颗粒物料初始轴向界面处可能出现3种不同的径向结构：黄?红结构、红?黄?红结构和红?黄结构。红?黄?红结构和红?黄结构工况下，固定端面一侧还可出现更复杂的多层三明治结构。径向结构源自滚筒端面效应导致的颗粒轴向对流，颗粒轴向速度在切向截面上的分布决定了径向结构的类型。

壁面微沟槽与表面活性剂耦合对管道中湍流减阻特性的影响

李恩田胡祥郭良辉刘洋刘雯吕晓方

过程工程学报. 2019, 19(5): 959-966. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219112

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通过矩形管道压降实验研究了壁面微沟槽和表面活性剂的减阻性能及联合减阻的增益效果，用粒子成像测速仪分析了流场特性。实验所用的微沟槽为3种不同结构的顺流向V形沟槽，表面活性剂为十六烷基三甲基氯化胺(CTAC)，水杨酸钠(NaSal)作为补偿离子。结果表明，壁面微沟槽和表面活性剂溶液均有减阻效果，二者耦合后减阻率进一步提升，最高减阻率为48.26%。微沟槽的减阻性能主要作用在近壁区，通过影响边界层平均流速、速度脉动强度和涡结构，减少表面活性剂的湍动能损耗。当超过表面活性剂的临界雷诺数后，沟槽尖端的高剪切力会加剧胶束结构分解。表面活性剂能抑制湍流涡的演变，扩大微沟槽有效减阻的雷诺数范围。

Geldart A类颗粒节涌床气固流动特性的实验及模拟

马树辉王若瑾王德武刘燕张少峰

过程工程学报. 2019, 19(5): 967-974. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219123

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针对气固节涌床，在实验基础上，基于欧拉?欧拉双流体模型结合颗粒动力学理论，考虑Geldart A类颗粒聚团对气固间曳力的影响，采用修正后的Gidaspow曳力模型对气固节涌床进行数值模拟。结果表明，通过与实验结果及经验公式进行对比，修正的模型可准确合理地模拟流化床内节涌特性。表观气速0.09 m/s≤Ug≤0.39 m/s时，床层内部压力脉动标准偏差随表观气速增加而增加，流型由鼓泡转变为节涌直至节涌程度最大，床内气固流动主要受轴对称栓运动特性影响，床内压降、床层膨胀比、气栓平均上升速度、最大轴对称栓长度随表观气速增加而增加，最大轴对称栓产生位置随表观气速增加而降低；Ug>0.39 m/s后，床内压力脉动标准偏差随表观气速增加而降低，节涌程度降低至向湍动流态化流型转变，床内气固流动主要受壁面栓运动特性影响，增加表观气速，节涌床内压降变化幅度较小，气栓平均上升速度增加幅度加大，床层膨胀比及最大轴对称栓长度降低，最大轴对称栓产生的位置略有升高。

扩散渗析-电渗析回收赖氨酸离子交换废液中的盐

魏允王倩丛威

过程工程学报. 2019, 19(5): 975-981. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218182

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为缓解电渗析膜污染，提高电渗析性能，采用阴膜扩散渗析对待脱盐的赖氨酸离子交换废液进行净化处理，对扩散渗析回收的(NH4)2SO4溶液进行电渗析脱盐浓缩。结果表明，当扩散渗析流量为5.6 L/h时，扩散渗析的扩散系数达2.24?10?7 cm2/s，离子交换废液中(NH4)2SO4透过率约为30%，可截留90.1% Mg2+和94.5%有机氮、80.3%蛋白、86.0%总糖、79.3%化学需氧量(COD)；与直接电渗析赖氨酸离子交换废液相比，对扩散渗析回收的(NH4)2SO4溶液进行电渗析脱盐浓缩，SO42?膜通量、电流效率分别提高了55.7%和18.3%，操作时间、单位膜通量能耗分别降低了26.1%和42.3%。用扩散渗析净化赖氨酸离子交换废液可有效缓解后续电渗析的膜污染，提高电渗析性能。

溢流管结构对天然气水合物用旋流器分离性能的影响

王党飞王国荣邱顺佐钟林周守为刘清友

过程工程学报. 2019, 19(5): 982-988. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219105

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建立了主直径100 mm的旋流器模型，采用计算流体力学(CFD)方法研究了溢流管内径、插入深度及壁厚对旋流器分离天然气水合物性能的影响规律。结果表明，入口流速为9 m/s时，随溢流管内径增大，水合物分离效率增大，砂的分离效率降低，旋流器的压力降逐渐减小；随溢流管壁厚增大，水合物和砂的分离效率稍有增大，旋流器的压力降先增大后减小；随溢流管插入深度增大，水合物分离效率先减小后增大，砂的分离效率先增大后减小，旋流器的压力降波动较小。溢流管内径对旋流器分离天然气水合物性能的影响最大，插入深度次之，壁厚的影响最小。

不锈钢酸洗废水钙钠中和沉淀与碳热还原协同处理新工艺

吴名涛邵大伟郭强李永利齐涛

过程工程学报. 2019, 19(5): 989-996. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218323

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通过研究不锈钢酸洗废水体系中氟离子脱除和金属离子沉淀的规律，开发了钙钠协同沉淀新工艺，并对新工艺产生的污泥于1200℃下进行还原，细磨、磁选后得铁、铬、镍合金粉末和再生萤石矿。结果表明，该工艺实现了废水的达标排放，污泥产生量减少了14.79%，实现了铁铬镍的金属化还原，得到了再生萤石矿和金属品位93.62%的合金粉末，合金粉末中铁、铬、镍品位分别达69.31%, 7.60%和16.71%，回收率分别高达95.30%, 88.70%和97.53%。

覆尘滤袋综合渗透率的分形求解

蔡卫东谭志洪熊桂龙刘丽冰魏林生

过程工程学报. 2019, 19(5): 997-1005. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218340

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基于分形理论计算滤袋及滤饼构成的综合渗透率，描述其渗流特性。结合滤饼扫描电镜实验与图像处理技术分析滤饼孔隙结构；利用改进的毛细管模型近似模拟滤饼孔隙通道，根据流体动力学原理得到了滤饼渗透率的分形表达式，并由达西定律计算得覆尘滤袋综合渗透率，并用其对袋式除尘器流场压力分布进行数值模拟。结果表明，滤饼孔隙结构具有自相似特点。覆尘滤袋综合渗透率为(1.615~4.784)×10?12 m2，模拟所得的滤袋内外压差与实验结果的相对误差小于26%。覆尘滤袋综合渗透率计算方法合理，可较好地描述复合多孔介质的渗流特性。

MLA在广东斑岩型锡石矿嵌布特征及赋存状态研究中的应用

胡海祥李广

过程工程学报. 2019, 19(5): 1006-1013. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218341

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利用矿物自动分析系统(MLA)和X射线荧光光谱仪、原子吸收分光光度计等对广东某斑岩型锡矿小于2 mm的原矿进行工艺矿物学研究，考察矿物组成、嵌布粒度、连生及包裹关系。结果表明，锡石主要呈细粒浸染状嵌布于脉石矿物中，嵌布粒度细微，最大粒度约为0.250 mm，最小为0.001 mm，主要集中在0.020?0.090 mm之间，单体解离度仅为9.98%，连生体主要与石英、黄玉连生。约93%的锡石(硬度6.5)被石英(硬度7)、黄玉(硬度8)包裹或与之连生，属难磨难选矿石，原矿伴有少量钼、铋、钨、铜等有价元素。选矿原则流程可确定为优先浮选回收硫化矿(钼、铋、铜、钨)，窄级颗粒分别(或依次)重选回收锡石。

十二胺体系中铁离子对霓石浮选的影响及其作用机理

李明阳皇甫明柱胡义明刘军高翔鹏刘文宝

过程工程学报. 2019, 19(5): 1014-1021. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219110

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以十二胺(DDA)为捕收剂，通过单矿物浮选实验考察了不同矿浆pH值和铁离子浓度下霓石的浮选行为，利用人工混合矿浮选实验研究了铁离子对霓石?镜铁矿分离效果的影响。结合Zeta电位检测、Fe3+水解组分浓度计算、玻尔兹曼理论分析和分子动力学模拟研究了在DDA体系中铁离子对霓石的抑制机理。结果表明，铁离子对霓石的可浮性抑制作用较大，在pH=6.8及DDA浓度3.6×10?4 mol/L、无铁离子条件下，霓石回收率高达75.72%，溶液中铁离子浓度为3.0×10?4 mol/L时，霓石回收率仅为25.32%，同时人工混合矿浮选泡沫产品中铁品位由34.20%降低至28.71%，回收率由33.29%降低至18.35%。pH=3~11时，铁离子以荷正电的羟基络合物沉淀形式吸附在霓石表面，增大了霓石的亲水性，降低了霓石的可浮性，铁离子在霓石表面吸附使霓石零电点由2.14增至6.70，表面正电性增大减弱了阳离子捕收剂DDA与霓石表面的静电吸附，使霓石界面层内的RNH3+浓度小于界面层外，DDA吸附层松散程度增大，霓石(110)面法线方向DDA浓度分布向正方向偏移，造成霓石可浮性下降。

基于含硅多芳炔化合物制备新型聚三唑树脂

罗文梅万里强朱帅帅付超韩心悦黄发荣

过程工程学报. 2019, 19(5): 1022-1029. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219119

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以含硅多芳炔化合物(PSA)与1,3,5-三叠氮甲基-2,4,6-三甲基苯(TAMTMB)为原料，通过1,3-偶极环加成反应制备了新型含硅聚三唑树脂Si-PTA3，考察了树脂的流变性能、固化行为、热性能及单体配比对其热性能的影响。采用模压法制备了单向T700碳纤维增强的Si-PTA3树脂复合材料T700/Si-PTA3，测定了其力学性能。结果表明，Si-PTA3树脂具有良好的加工性能，可在80℃下固化，耐热性较好；炔基与叠氮基摩尔比为1.1:1.0时树脂固化物的热性能最好，玻璃化转变温度达334℃，在氮气中热失重5%时的温度达351℃；复合材料T700/Si-PTA3常温下的弯曲强度高于1670 MPa，250℃时弯曲强度保留率超过67%。

非线性光学晶体3BiCl₃.7SC(NH₂)₂的合成及其转化过程

白云鹤裴铁柱张良张宁马得佳尹秋响谢闯

过程工程学报. 2019, 19(5): 1030-1036. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219125

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针对金属有机配合物非线性光学晶体3BiCl3?7SC(NH2)2 (DCBPB)合成过程中伴生BiCl3?3SC(NH2)2 (β-BTC)的问题，以硫脲与氯化铋为原料，在甲酸?水体系中研究了溶剂配比、反应温度、反应物配比等因素对DCBPB纯度的影响，对反应条件进行了优化，并基于XRD特征峰面积标准曲线法研究了β-BTC与DCBPB之间的转化过程。结果表明，甲酸抑制氯化铋水解且选择性生成DCBPB，氯化铋与硫脲摩尔配比大于1:3时可选择性生成DCBPB。合成过程先生成β-BTC，再由β-BTC转化为DCBPB，甲酸?水体系中氯化铋水解发生在β-BTC生成过程中，且不可避免，导致基于氯化铋直接合成只能获得最高含量为89.91wt%的DCBPB晶体。β-BTC向DCBPB转化率极高且无水解，可获得DCBPB含量大于98wt%的晶体。

风速对骨料烘干煤粉燃烧器排放特性的影响

程海鹰李建新张勇王京胡志勇

过程工程学报. 2019, 19(5): 1037-1046. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218293

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基于煤粉燃烧机理，结合骨料烘干工艺，建立了骨料烘干煤粉燃烧器内部场的控制模型，采用Fluent软件模拟煤粉燃烧器内部燃烧状况，考察了一、二、三次风的风速对煤粉燃烧器中心轴线处CO, CO2, NO和SO2浓度的影响。结果表明，在研究的风速范围内，一、二、三次风风速越大燃烧越充分，一、二、三次风风速越小，产生的NO越少；三次风风速为40 m/s时，SO2浓度最低；较合理的控制参数为一次风风速30~35 m/s，二次风风速45~50 m/s，三次风风速30~40 m/s。

O₂/CO₂气氛中水蒸气预混CH₄燃烧特性与烟气余热梯级利用方案

任昕张引弟刘畅王珂

过程工程学报. 2019, 19(5): 1047-1056. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219103

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对O2/CO2气氛中甲烷预混水蒸气燃烧特性及主要污染物生成进行了数值模拟研究，在加湿燃烧的基础上提出一种全新的清洁燃烧方式，即在保证甲烷流量一定时，通过改变入口处水蒸气的质量分数，研究水蒸气预混比Rf(0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4和0.5)对燃烧流场、燃烧组分和污染物浓度的影响。结果表明，随Rf增大，燃烧反应速率上升、燃烧效率提高且污染物排放量降低。模拟所得甲烷预混水蒸气的最优气氛为81%CH4/19%H2O，提出了一种高效节能的O2/CO2气氛下水蒸气预混CH4燃烧与烟气余热梯级利用方案。

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