流化床煤氣化技術(shù)工業(yè)化過程的優(yōu)化與模擬

【摘要】： 煤氣化不僅為中國未來能源產(chǎn)業(yè)提供了重要出路,而且也是當(dāng)前減少大氣污染的重要途徑。然而,目前所廣泛采用的流化床氣化爐普遍存在碳轉(zhuǎn)化率低、有效氣的產(chǎn)氣量低、能損耗大的問題。本論文針對此問題,一方面,通過研究氧氣煤比、蒸汽煤比、氣化爐負(fù)荷對氣化結(jié)果的影響,得出了煤氣化爐的最優(yōu)操作條件;另一方面,通過對流化床煤氣化過程簡化和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析,構(gòu)建了可靠的工藝模型,預(yù)測了未知的灰熔聚粉煤氣化過程,為氣化設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。 本文對灰熔聚循環(huán)流化床的工業(yè)化運(yùn)行進(jìn)行了試驗(yàn)。主要考察了流化床煤氣化技術(shù)過程中氧煤比、汽煤比、氣化爐負(fù)荷等操作條件對氣化結(jié)果的影響。結(jié)果表明,隨著氧氣煤比的增加,氣化反應(yīng)溫度上升,煤氣產(chǎn)率增加,碳轉(zhuǎn)化率增加;在蒸汽煤比為1,加煤量8噸/小時(shí),最佳氧煤比為0.40Nm~3/kg時(shí),有效氣產(chǎn)氣量最大8100Nm~3/h。氧煤比為0.39Nm~3/kg時(shí)煤氣熱值出現(xiàn)最大值,最大熱值為7900kJ/Nm~3。在氧煤比保持不變的條件下,隨著蒸汽煤比增加,氣化反應(yīng)溫度降低,煤氣中二氧化碳濃度增高,一氧化碳濃度降低,氫氣濃度降低,煤氣有效成分逐漸降低。在蒸汽煤比為1,氣化溫度為1000°C時(shí),最佳負(fù)荷范圍為8-9t粉煤/h,最高的有效氣產(chǎn)氣率為1.01Nm~3/kg。 本文基于國內(nèi)外研究者對循環(huán)流化床氣化爐的模擬方法,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合了碳轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,結(jié)合物料平衡,能量平衡建立了動(dòng)力學(xué)修正的循環(huán)流化床煤氣化平衡模型。結(jié)果表明,在與試驗(yàn)相同的條件下,進(jìn)行的循環(huán)流化床煤氣化模擬計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。本文建立的數(shù)學(xué)模型是適宜的。在此基礎(chǔ)上,通過改變氣化過程的操作參數(shù),對氣化爐的性能進(jìn)行了預(yù)測,分析預(yù)測了氧煤比、蒸汽煤比對煤氣組成、有效氣產(chǎn)氣量等指標(biāo)的影響。根據(jù)模擬預(yù)測的結(jié)果可得出,在蒸汽煤比為1時(shí),隨著氧煤比的增加,有效氣產(chǎn)氣量先增加后減少,當(dāng)氧煤比值為0.42Nm~3/kg時(shí),有效氣產(chǎn)氣量存在最大值。氧煤比在0.39Nm~3/kg時(shí),煤氣熱值存在最大值。 【關(guān)鍵詞】：流化床 煤氣化 優(yōu)化 模擬
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TQ546
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-24
• 1.1 煤氣化技術(shù)發(fā)展概況8
• 1.2 煤氣化過程原理8-9
• 1.3 煤氣化技術(shù)的分類9-12
• 1.3.1 固定床氣化技術(shù)10
• 1.3.2 流化床氣化技術(shù)10-11
• 1.3.3 水煤漿氣流床氣化技術(shù)和干粉進(jìn)料氣流床氣化技術(shù)11-12
• 1.4 循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)12-15
• 1.4.1 循環(huán)流化床原理13
• 1.4.2 循環(huán)流化床工藝技術(shù)13-14
• 1.4.3 流化床粉煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)14-15
• 1.5 典型的流化床煤氣化工藝15-21
• 1.5.1 循環(huán)流化床CFB(circulating fluidized bed)氣化反應(yīng)爐15-17
• 1.5.2 催化流化床煤氣化反應(yīng)爐17
• 1.5.3 增壓流化床氣化反應(yīng)爐17-18
• 1.5.4 灰熔聚循環(huán)流化床氣化爐18-21
• 1.5.5 灰熔聚流化床特點(diǎn)21
• 1.6 灰熔聚粉煤氣化爐在我國的應(yīng)用前景21-22
• 1.7 課題的提出及本文的主要工作22-23
• 1.7.1 論文選題的目的和意義22
• 1.7.2 本課題研究的主要內(nèi)容22-23
• 1.8 小結(jié)23-24
• 第二章 灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)簡介及生產(chǎn)平臺簡介24-31
• 2.1 灰熔聚流化床煤氣化簡介24-25
• 2.1.1 煤的灰分及灰熔點(diǎn)24
• 2.1.2 灰熔聚流化床粉煤氣化原理24-25
• 2.2 灰熔聚流化床粉煤氣化技特點(diǎn)25
• 2.3 煤氣化過程發(fā)生的主要反應(yīng)25-26
• 2.4 灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程26-28
• 2.5 灰熔聚流化床氣化生產(chǎn)平臺28-29
• 2.5.1 灰熔聚粉煤氣化系統(tǒng)的原料28
• 2.5.2 煤氣化系統(tǒng)運(yùn)行操作參數(shù)28-29
• 2.5.3 測溫點(diǎn)的選取29
• 2.5.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集29
• 2.6 灰熔聚流化床工業(yè)化裝置的開停車29-31
• 2.6.1 氣化爐的原始烘爐29
• 2.6.2 氣化爐的正常開停車29-31
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論31-45
• 3.1 氣化過程氣化爐床層溫度及其分布31-33
• 3.2 氧煤比對氣化過程的影響33-37
• 3.3 蒸汽煤比對氣化過程的影響37-41
• 3.4 氣化爐負(fù)荷對氣化過程的影響41-43
• 3.5 粉煤氣化系統(tǒng)碳平衡及氮平衡43
• 3.6 小結(jié)43-45
• 第四章 煤氣化過程的模擬45-59
• 4.1 流化床氣化爐數(shù)學(xué)模型綜述45
• 4.2 平衡模型簡介45-46
• 4.3 本文模型假設(shè)46-47
• 4.3.1 揮發(fā)分析出子模型46
• 4.3.2 煤氣化過程子模型46-47
• 4.4 模型的建立47-49
• 4.4.1 模擬過程熱力學(xué)模型的選擇47
• 4.4.2 煤的燃燒熱值及煤的生成焓的計(jì)算47
• 4.4.3 煤氣化模型示意圖及Chemcad軟件的實(shí)現(xiàn)過程47-49
• 4.5 模型的驗(yàn)證:49-52
• 4.5.1 參照文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗(yàn)證49-50
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型驗(yàn)證50-52
• 4.6 模型模擬及預(yù)測52-57
• 4.6.1 在不同溫度下氧煤比對氣化過程的影響的預(yù)測52-55
• 4.6.2 在不同溫度下汽煤比變化對氣化過程的影響預(yù)測55-57
• 4.7 小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 本文結(jié)論59
• 5.2 未來工作展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 附錄 模擬參數(shù)及數(shù)據(jù)64-73
• 致謝73

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德士古水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化分析    彭偉鋒;鐘偉民;孔祥東;錢鋒;

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水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化    彭偉鋒

CO_2氣氛下高灰分劣質(zhì)煤氣化特性研究    彭錦

煤氣化過程的理論計(jì)算    陳培榮,金昆,項(xiàng)友謙

煤氣化技術(shù)的發(fā)展——煤氣化過程的分析和選擇    王洋;房倚天;黃戒介;馬小云;吳晉滬;

煤氣化技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域——IGCC    鄭振安;

循環(huán)流化床煤氣化工藝的原理和特點(diǎn)    解玉麗,韓玉峰,趙勝勇

流化床氣化的過去現(xiàn)在與將來    陳家仁

循環(huán)流化床粉煤氣化爐的發(fā)展及大型化措施    劉德昌,陳漢平,張世紅,周浩生,鄭楚光,王同章,王明德,王立群

循環(huán)流化床技術(shù)在煤氣化過程中的應(yīng)用前景    房倚天,李海濱,張建民,王洋,張碧江

干煤粉氣流床氣化的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢    袁明

流化床?；芯康倪M(jìn)展    王昕,楊海瑞,呂俊復(fù),岳光溪,劉志宏,須田俊之,左藤順一

流化床煤氣化技術(shù)的研究進(jìn)展    屈利娟;

恩德爐煤氣化工藝的防火設(shè)計(jì)    陳志平;

脈沖對流化床氣-固流動(dòng)特性的影響    林豐盛;韓云龍;

氣固流化床系統(tǒng)非線性機(jī)理研究進(jìn)展    張延平,王立

基于CFX軟件的氮化硅反應(yīng)爐內(nèi)熱過程的數(shù)值模擬    陳錦;楊晶;尹少武;王立;

多相循環(huán)流化床流動(dòng)規(guī)律的研究    焦偉堂,馮旭東,葉旭,孫竹范

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油頁巖半焦部分燃燒升溫輸送實(shí)驗(yàn)研究    孫佰仲;王貴召;黃志榮;王擎;

溫度對天然焦蒸汽氣化特性的影響    向文國;趙長遂;龐克亮;

固廢流化床異型顆粒與床料共流化特性    邵應(yīng)娟;胡顥;金保昇;鐘文琪;陳曦;任冰;沙春發(fā);

2MW加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化特性的研究    肖睿,金保升,熊源泉,段鈺鋒,仲兆平,周宏倉,黃亞繼,陳曉平,章名耀

Aspen Plus平臺氣化模擬簡介    王建武;

氣流床水煤漿氣化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬方法    吳永霞;代正華;王輔臣;彭宇慧;萬翠萍;于遵宏;

氣固鼓泡流化床流體力學(xué)行為的數(shù)值模擬    程瀝軍;王彪;李濤;應(yīng)衛(wèi)勇;房鼎業(yè);

大型漿態(tài)床反應(yīng)器氣含率冷模實(shí)驗(yàn)研究    甘瑞;王佳;李濤;房鼎業(yè);應(yīng)為勇;

流態(tài)化煅燒石膏技術(shù)的進(jìn)展——FC分室石膏煅燒爐    李玉山;

多相催化流化床反應(yīng)器的流體力學(xué)特性    劉建錕;楊濤;胡長祿;蔣立敬;

穩(wěn)定工況下篦冷機(jī)氣固兩相熱交換模型研究    位偉;王孝紅;

循環(huán)流化床加壓煤氣化試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)    朱治平;那永潔;呂清剛;包紹麟;孫運(yùn)凱;賀軍;

均熱式流化床技術(shù)的開發(fā)    李建隆;吳玉雷;

煤炭氣化技術(shù)進(jìn)展    王連勇;蔡九菊;王愛華;田紅;劉漢橋;

典型煤種熱解氣化特性研究    石金明

復(fù)雜兩相流動(dòng)中顆粒碰撞的DEM-LES/DNS耦合模擬研究    桂南

煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及渣中殘?zhí)挤磻?yīng)活性研究    許慎啟

入口高濃度條件下的旋風(fēng)分離器對比研究    吳學(xué)智

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甲醇制低碳烯烴流化床反應(yīng)器的研究    王彪

氣流床煤氣化工藝性能穩(wěn)健優(yōu)化與控制研究    張進(jìn)春

粗糙顆粒動(dòng)理學(xué)及流化床氣化爐的數(shù)值模擬研究    郝振華

CaO伴隨生物質(zhì)熱裂解制油在線脫氧的實(shí)驗(yàn)研究    林郁郁

群發(fā)性崩塌災(zāi)害形成機(jī)制與減災(zāi)技術(shù)    唐紅梅

義馬煤氣化反應(yīng)性研究    谷小虎

循環(huán)流化床鍋爐培訓(xùn)模擬操作仿真研究    陳淑鑫

瀝青球的流態(tài)化氧化行為研究    王永邦

硅粉流態(tài)化技術(shù)研究    李浩然

兩段式化學(xué)熱回收煤氣化工藝?yán)鋺B(tài)及熱態(tài)的研究    焦延濤

廢線路板流化床焚燒處理技術(shù)研究    王歡益

循環(huán)流化床內(nèi)結(jié)構(gòu)布置對氣固流動(dòng)特性影響的試驗(yàn)研究    張錫梅

金屬鎂渣在流化床反應(yīng)器內(nèi)脫硫性能的實(shí)驗(yàn)研究    王興

耦合式煤氣化爐操作參數(shù)及其放大過程對煤氣化特性的影響    賈亞龍

流化床—?dú)饬鞔柴詈戏磻?yīng)器中煤氣化過程的模擬研究    陳曉輝

煤炭產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)解析    姜澍;

升溫速率對煤焦-CO_2高溫氣化反應(yīng)性的影響    李朋;于慶波;秦勤;杜文亞;

煤氣化技術(shù)的發(fā)展——煤氣化過程的分析和選擇    王洋;房倚天;黃戒介;馬小云;吳晉滬;

Texaco氣流床煤氣化爐內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬    劉升;郝英立;

蒸汽煤比對湍動(dòng)循環(huán)流化床煤氣化的影響    李斌;黃亞繼;金保升;仲兆平;段鋒;孫宇;章名耀;

Texaco煤氣化爐數(shù)學(xué)模型的研究——建模部分    李政,王天驕,韓志明,鄭洪韜,倪維斗

Texaco煤氣化爐數(shù)學(xué)模型研究(2)——計(jì)算結(jié)果及分析    李政,王天驕,韓志明,鄭洪韜,倪維斗

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng):綜合解決我國能源領(lǐng)域五大問題的重要途徑    倪維斗,鄭洪弢,李政,江寧

基于田口法與李雅普諾夫函數(shù)的魯棒PSS參數(shù)設(shè)計(jì)    陳剛;唐毅;張繼紅;

Shell煤氣化爐性能的分析    李永華;陳振洪;高建強(qiáng);胡小翠;仉國明;

煤熱值對氣化爐模擬結(jié)果的影響    李召召;孫鐘華;代正華;

煤加壓部分氣化試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    肖睿

循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)試驗(yàn)及理論研究    劉耀鑫

基于PCA的統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控研究    李榮雨

正交飽和效應(yīng)模型的統(tǒng)計(jì)分析    張曉琴

過程監(jiān)測與調(diào)整的理論和方法研究    張黎

氣流床煤氣化爐數(shù)值模擬及顆?！獪u團(tuán)作用建模研究    吳玉新

高灰熔點(diǎn)煤高溫、加壓氣流床氣化實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    烏曉江

基于無焰氧化的干法煤粉氣化特性研究    唐志國

水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化    彭偉鋒

TEXACO水煤漿氣化爐的建模及仿真研究    李斌

穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法及其在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    孫鵬

高溫煤氣化動(dòng)力學(xué)及兩段式氣化爐的模型研究    胡文斌

幾種無重復(fù)試驗(yàn)的飽和析因設(shè)計(jì)分析方法的穩(wěn)健性    楊志程

生物質(zhì)與煤氣化過程熱力學(xué)分析    吳志斌

生物質(zhì)流化床氣化實(shí)驗(yàn)研究與模擬    趙向富

芳烴抽提動(dòng)態(tài)模擬    沈建峰

車輛動(dòng)力學(xué)操穩(wěn)特性穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)    唐超勇

基于網(wǎng)絡(luò)法的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒過程計(jì)算與分析    胡長松

德士古水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化分析    彭偉鋒;鐘偉民;孔祥東;錢鋒;

Shell煤氣化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景    侯國良

魯南化肥廠水煤漿氣化裝置設(shè)計(jì)總結(jié)    章榮林，盛竹葉

循環(huán)流化床煤氣化工藝的原理和特點(diǎn)    解玉麗,韓玉峰,趙勝勇

流態(tài)化工程研究的前沿課題    金涌,汪展文,劉淑娟,李佑楚

流化床氣化的過去現(xiàn)在與將來    陳家仁

煤質(zhì)對Texaco氣化裝置運(yùn)行的影響及其選擇(上)    張繼臻,種學(xué)峰

魯奇加壓氣化爐的運(yùn)行與技術(shù)改造    李新社,任富強(qiáng),張愛民

美國潔凈煤技術(shù)項(xiàng)目中的IGCC    徐振剛

SHELL煤氣化爐的工藝計(jì)算及結(jié)果分析    張華新,肖光升,朱疆

展望2000年我國煤化工技術(shù)    雍永祜

海外化工    

陶瓷行業(yè)兩段爐氣化無煙煤的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用    孫豐收;孫亮;

煤氣化技術(shù)選擇依據(jù)    王錦;賀根良;朱春鵬;門長貴;

淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)    馬勇;

熔融鐵浴煤氣化及微波脫硫技術(shù)    鄧松多;

煤氣化技術(shù)的進(jìn)步與選擇    王志峰,艾曉冬

煤氣化技術(shù)的應(yīng)用與評述    劉功年;

殼牌積極參與中國煤氣化已簽署16份煤氣化技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議    王京文;

煤氣化工藝清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)分析    郭森;周學(xué)雙;杜嘯巖;

晉煤集團(tuán)推廣型煤氣化技術(shù)    

工藝操作參數(shù)對氣流床粉煤氣化結(jié)果的影響    汪宇安;王建軍;陳偉;代正華;郭曉鐳;梁欽鋒;龔欣;

煤熱值對氣化爐模擬結(jié)果的影響    李召召;孫鐘華;代正華;

Aspen Plus平臺氣化模擬簡介    王建武;

煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性描述及動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解    謝華清;于慶波;李朋;

蒸汽煤氣兩用型制冷機(jī)改造與應(yīng)用    梁榮華;王首先;

殼牌煤氣化關(guān)鍵設(shè)備氣體返回室45°斜插管組焊及精度控制    孔令維;

兩種中國典型煙煤的CO_2氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究    段紅宇;陳路;劉鑫;周志杰;

我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)研報(bào)告    

催化劑對煤加氫氣化的影響    戰(zhàn)書鵬;王興軍;洪冰清;于廣鎖;

合成氣甲烷化反應(yīng)模擬    詹雪新;陳倩倩;朱學(xué)棟;

殼牌攜手惠生開發(fā)新一代煤氣化技術(shù)    記者 崔茉

煤氣化技術(shù)需闖節(jié)能減排關(guān)    本報(bào)記者 張興剛

殼牌舉辦煤氣化技術(shù)用戶大會(huì)    記者 馬守貴

煤氣化技術(shù)獲得重點(diǎn)推廣    張爽

天脊與沙索交流煤氣化技術(shù)    王愛軍

天脊與沙索交流煤氣化技術(shù)    劉侃 王愛軍

掌握煤氣化技術(shù)是關(guān)鍵    本報(bào)記者 王旭輝

煤氣化技術(shù)獲重大突破    趙獻(xiàn)文 李晉平

我國煤氣化技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平    楊永林

兩段式煤氣化技術(shù)將被國家推廣    袁成華 姚會(huì)華

基于無焰氧化的干法煤粉氣化特性研究    唐志國

擴(kuò)散火焰形態(tài)及氣化爐內(nèi)熔渣沉積與傳熱規(guī)律研究    梁欽鋒

典型煤種熱解氣化特性研究    石金明

煙煤和石油焦為原料的氣流床氣化及間歇排渣系統(tǒng)的數(shù)值模擬    孫鐘華

煤氣化甲醇聯(lián)產(chǎn)電系統(tǒng)的工業(yè)示范研究    張彥

煤的氣化反應(yīng)行為及氣化為基礎(chǔ)的先進(jìn)能源動(dòng)力系統(tǒng)研究    鞠付棟

加壓循環(huán)流化床的實(shí)驗(yàn)與模型研究    朱治平

高灰熔點(diǎn)煤高溫、加壓氣流床氣化實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    烏曉江

煤焦堿金屬催化水蒸汽氣化—產(chǎn)氫行為和催化劑性能的研究    姜明泉

煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及渣中殘?zhí)挤磻?yīng)活性研究    許慎啟

間歇式煤氣化技術(shù)的數(shù)值研究    李科

氣化爐的建模及其進(jìn)料優(yōu)化    劉志賓

新疆部分煤炭氣化過程的模擬優(yōu)化    劉娜

兗州煤氣化過程的數(shù)值模擬    宋志春

水煤漿氣化爐爐溫智能軟測量建模應(yīng)用研究    李杰

助熔劑對煤灰渣流動(dòng)性及煤氣化反應(yīng)性的影響    劉慶旺

淮南煤氣化特性實(shí)驗(yàn)及模擬研究    姚杰

水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化    彭偉鋒

煤與生物質(zhì)共氣化的特性研究    楊毅櫟

循環(huán)流化床氣化爐返料反應(yīng)器的冷態(tài)實(shí)驗(yàn)研究    周現(xiàn)榮