耦合式煤气化炉操作参数及其放大过程对煤气化特性的影响

【摘要】：耦合式煤气化炉是中科院山西煤化所在灰熔聚流化床气化技术的基础上,集成了灰熔聚流化床低投资、低能耗、煤种适应广和气流床高温、高碳转化率的优点而开发的一种新型煤气化技术。但由于该气化炉结构、气固流动性、不同部位之间的传质、传热和化学反应的复杂性,目前该气化炉正面临着高效稳定运行及工程放大的考验。探究操作参数对耦合式煤气化炉内热化学特性影响的本质,以及完善考虑传质及反应器尺寸等影响因素的煤气化理论对耦合式气化炉的高效稳定运行及工业放大具有重大的意义,为此本论文做了如下的研究内容： 依据耦合式煤气化炉内流体力学特性以及对气化炉内气化过程的认识,将反应器进行了区域的划分,并且在物料平衡、能量平衡和化学动力学的基础上构建了反应器的等效网络模型。应用该模型分别对流化床进煤量、进氧量、进蒸汽量和气流床进煤量、进氧量、进蒸汽量六个操作参数对气化炉内热化学特性的影响进行了模拟；此外,还研究了耦合式煤气化炉的关键组成部分(灰熔聚流化床)的放大效应。得到的结论如下： 一、耦合式煤气化炉的等效网络模型考虑了反应器内流体力学,区域间的传质、传热和飞灰中残碳与原煤中碳活性的差异,能够将各个操作参数对气化炉内煤气化过程影响的本质进行剖析,尤其适合分析飞灰中残碳的反应历程。 二、流化床进煤量、进氧量、进蒸汽量的改变直接影响了流化床中的碳转化率、反应温度和产气组分,其中对流化床碳转化率的影响使逸出的飞灰碳含量发生变化,从而导致经旋风分离后进入气流床的残碳量发生变化,进而影响了气流床内的煤气化特性。流化床进煤量和进氧量对温度和碳转化率的影响较大,调节时应同时调节气流的操作条件,防止气流床内温度过高和碳转化率过低。而流化床进蒸汽量对温度和碳转化率的影响较小,调节时可忽略对气流床的影响。 三、气流床进煤量、进氧量、进蒸汽量的改变直接影响了气流床内的碳转化率、反应温度和产气组分,其中对气流床出口产物温度的影响导致进入流化床后使流化床内的温度发生变化,进而影响了流化床内的煤气化特性。气流床进煤量、进氧量和进蒸汽量对流化床内的温度和碳转化率的影响均在合理的范围内,因此在调节时主要应该考虑对气流床本身热化学特性的影响。 四、放大过程中环隙浓相区到射流区的气相回流量和射流区的体积均为非线性放大；放大后气相回流量降低使射流区温度降低,射流区体积相对增大,物料停留时间增加使温度升高,但后者影响大于前者,导致放大后射流区温度从1592K升高到1662K；环隙浓相区内的温度降低,但物料停留时间增加,碳转化率略微升高；放大过程对产品气成分的影响较小。 【关键词】：耦合式煤气化炉 操作参数 放大效应 煤气化特性 等效网络模型
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 符号说明12-15
• 第一章 文献综述15-27
• 1.1 中国能源状况15-16
• 1.2 煤气化技术概况16-22
• 1.2.1 煤气化反应历程16-17
• 1.2.2 煤气化技术分类及应用17-22
• 1.3 选题背景及研究内容22-27
• 1.3.1 耦合式煤气化炉简介22-23
• 1.3.2 耦合式煤气化炉问题的提出和研究内容23-27
• 第二章 耦合式煤气化炉模型的建立27-37
• 2.1 模型描述及假设27-29
• 2.2 模型计算原理29-31
• 2.3 模型的输入31-34
• 2.3.1 各区域体积的确定31-32
• 2.3.2 物料输入32-33
• 2.3.3 能量输入33-34
• 2.3.4 气化反应动力学34
• 2.4 本章小结34-37
• 第三章 流化床操作参数对耦合式气化炉煤气化特性的影响37-49
• 3.1 流化床进煤量对煤气化过程的影响37-41
• 3.1.1 流化床进煤量对耦合反应器温度分布的影响37-38
• 3.1.2 流化床进煤量对耦合反应器碳转化率的影响38-40
• 3.1.3 流化床进煤量对耦合反应器产气组分的影响40-41
• 3.2 流化床进氧量对煤气化过程的影响41-45
• 3.2.1 流化床进氧量对耦合反应器温度分布的影响41-42
• 3.2.2 流化床进氧量对耦合反应器碳转化率的影响42-44
• 3.2.3 流化床进氧量对耦合反应器产气组分的影响44-45
• 3.3 流化床进蒸汽量对煤气化过程的影响45-48
• 3.3.1 流化床进蒸汽量对耦合反应器温度分布的影响45-46
• 3.3.2 流化床进蒸汽量对耦合反应器碳转化率的影响46-47
• 3.3.3 流化床进蒸汽量对耦合反应器产气组分的影响47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 气流床操作参数对耦合式气化炉煤气化特性的影响49-61
• 4.1 气流床进煤量对耦合式煤气化炉煤气化过程的影响49-52
• 4.1.1 气流床进煤量对温度的影响49-51
• 4.1.2 气流床进煤量对碳转化率的影响51-52
• 4.1.3 气流床进煤量对产气组成的影响52
• 4.2 气流床进氧量对耦合式煤气化炉煤气化过程的影响52-56
• 4.2.1 气流床进氧量对温度的影响52-54
• 4.2.2 气流床进氧量对碳转化率的影响54-55
• 4.2.3 气流床进氧量对产气组分的影响55-56
• 4.3 气流床进蒸汽量对耦合式煤气化炉煤气化过程的影响56-59
• 4.3.1 气流床进蒸汽量对温度的影响56-57
• 4.3.2 气流床进蒸汽量对碳转化率的影响57
• 4.3.3 气流床进蒸汽量对产气组分的影响57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 反应器放大对灰熔聚流化床煤气化反应的影响61-71
• 5.1 模型建立62-66
• 5.1.1 模型描述62-63
• 5.1.2 关键参数的确定63-64
• 5.1.3 模型初值64-66
• 5.2 不同反应区域煤气化反应特性66-70
• 5.2.1 射流区内煤气化特性66-68
• 5.2.2 环隙浓相区和稀相区内的煤气化特性68-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 论文总结与建议71-75
• 6.1 论文的主要结论71-73
• 6.1.1 耦合反应器等效网络模型的建立71
• 6.1.2 操作参数对耦合反应器煤气化特性的影响71-73
• 6.1.3 灰熔聚流化床放大过程中的体积效应73
• 6.2 论文创新点73-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 作者简历83

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