流化床煤气化技术工业化过程的优化与模拟

【摘要】： 煤气化不仅为中国未来能源产业提供了重要出路,而且也是当前减少大气污染的重要途径。然而,目前所广泛采用的流化床气化炉普遍存在碳转化率低、有效气的产气量低、能损耗大的问题。本论文针对此问题,一方面,通过研究氧气煤比、蒸汽煤比、气化炉负荷对气化结果的影响,得出了煤气化炉的最优操作条件;另一方面,通过对流化床煤气化过程简化和生产数据的分析,构建了可靠的工艺模型,预测了未知的灰熔聚粉煤气化过程,为气化设备的设计改进提供了理论指导。 本文对灰熔聚循环流化床的工业化运行进行了试验。主要考察了流化床煤气化技术过程中氧煤比、汽煤比、气化炉负荷等操作条件对气化结果的影响。结果表明,随着氧气煤比的增加,气化反应温度上升,煤气产率增加,碳转化率增加;在蒸汽煤比为1,加煤量8吨/小时,最佳氧煤比为0.40Nm~3/kg时,有效气产气量最大8100Nm~3/h。氧煤比为0.39Nm~3/kg时煤气热值出现最大值,最大热值为7900kJ/Nm~3。在氧煤比保持不变的条件下,随着蒸汽煤比增加,气化反应温度降低,煤气中二氧化碳浓度增高,一氧化碳浓度降低,氢气浓度降低,煤气有效成分逐渐降低。在蒸汽煤比为1,气化温度为1000°C时,最佳负荷范围为8-9t粉煤/h,最高的有效气产气率为1.01Nm~3/kg。 本文基于国内外研究者对循环流化床气化炉的模拟方法,根据试验结果拟合了碳转化率动力学经验关系式,结合物料平衡,能量平衡建立了动力学修正的循环流化床煤气化平衡模型。结果表明,在与试验相同的条件下,进行的循环流化床煤气化模拟计算结果和试验结果吻合较好。本文建立的数学模型是适宜的。在此基础上,通过改变气化过程的操作参数,对气化炉的性能进行了预测,分析预测了氧煤比、蒸汽煤比对煤气组成、有效气产气量等指标的影响。根据模拟预测的结果可得出,在蒸汽煤比为1时,随着氧煤比的增加,有效气产气量先增加后减少,当氧煤比值为0.42Nm~3/kg时,有效气产气量存在最大值。氧煤比在0.39Nm~3/kg时,煤气热值存在最大值。 【关键词】：流化床 煤气化 优化 模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-24
• 1.1 煤气化技术发展概况8
• 1.2 煤气化过程原理8-9
• 1.3 煤气化技术的分类9-12
• 1.3.1 固定床气化技术10
• 1.3.2 流化床气化技术10-11
• 1.3.3 水煤浆气流床气化技术和干粉进料气流床气化技术11-12
• 1.4 循环流化床煤气化技术12-15
• 1.4.1 循环流化床原理13
• 1.4.2 循环流化床工艺技术13-14
• 1.4.3 流化床粉煤气化技术的特点14-15
• 1.5 典型的流化床煤气化工艺15-21
• 1.5.1 循环流化床CFB(circulating fluidized bed)气化反应炉15-17
• 1.5.2 催化流化床煤气化反应炉17
• 1.5.3 增压流化床气化反应炉17-18
• 1.5.4 灰熔聚循环流化床气化炉18-21
• 1.5.5 灰熔聚流化床特点21
• 1.6 灰熔聚粉煤气化炉在我国的应用前景21-22
• 1.7 课题的提出及本文的主要工作22-23
• 1.7.1 论文选题的目的和意义22
• 1.7.2 本课题研究的主要内容22-23
• 1.8 小结23-24
• 第二章 灰熔聚流化床煤气化技术简介及生产平台简介24-31
• 2.1 灰熔聚流化床煤气化简介24-25
• 2.1.1 煤的灰分及灰熔点24
• 2.1.2 灰熔聚流化床粉煤气化原理24-25
• 2.2 灰熔聚流化床粉煤气化技特点25
• 2.3 煤气化过程发生的主要反应25-26
• 2.4 灰熔聚流化床粉煤气化工艺流程26-28
• 2.5 灰熔聚流化床气化生产平台28-29
• 2.5.1 灰熔聚粉煤气化系统的原料28
• 2.5.2 煤气化系统运行操作参数28-29
• 2.5.3 测温点的选取29
• 2.5.4 实验数据的采集29
• 2.6 灰熔聚流化床工业化装置的开停车29-31
• 2.6.1 气化炉的原始烘炉29
• 2.6.2 气化炉的正常开停车29-31
• 第三章 实验结果及讨论31-45
• 3.1 气化过程气化炉床层温度及其分布31-33
• 3.2 氧煤比对气化过程的影响33-37
• 3.3 蒸汽煤比对气化过程的影响37-41
• 3.4 气化炉负荷对气化过程的影响41-43
• 3.5 粉煤气化系统碳平衡及氮平衡43
• 3.6 小结43-45
• 第四章 煤气化过程的模拟45-59
• 4.1 流化床气化炉数学模型综述45
• 4.2 平衡模型简介45-46
• 4.3 本文模型假设46-47
• 4.3.1 挥发分析出子模型46
• 4.3.2 煤气化过程子模型46-47
• 4.4 模型的建立47-49
• 4.4.1 模拟过程热力学模型的选择47
• 4.4.2 煤的燃烧热值及煤的生成焓的计算47
• 4.4.3 煤气化模型示意图及Chemcad软件的实现过程47-49
• 4.5 模型的验证:49-52
• 4.5.1 参照文献报导的数据进行模型验证49-50
• 4.5.2 实验数据的模型验证50-52
• 4.6 模型模拟及预测52-57
• 4.6.1 在不同温度下氧煤比对气化过程的影响的预测52-55
• 4.6.2 在不同温度下汽煤比变化对气化过程的影响预测55-57
• 4.7 小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 本文结论59
• 5.2 未来工作展望59-61
• 参考文献61-64
• 附录 模拟参数及数据64-73
• 致谢73

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