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

【摘要】：耦合式煤氣化爐是中科院山西煤化所在灰熔聚流化床氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上,集成了灰熔聚流化床低投資、低能耗、煤種適應(yīng)廣和氣流床高溫、高碳轉(zhuǎn)化率的優(yōu)點(diǎn)而開發(fā)的一種新型煤氣化技術(shù)。但由于該氣化爐結(jié)構(gòu)、氣固流動性、不同部位之間的傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性,目前該氣化爐正面臨著高效穩(wěn)定運(yùn)行及工程放大的考驗。探究操作參數(shù)對耦合式煤氣化爐內(nèi)熱化學(xué)特性影響的本質(zhì),以及完善考慮傳質(zhì)及反應(yīng)器尺寸等影響因素的煤氣化理論對耦合式氣化爐的高效穩(wěn)定運(yùn)行及工業(yè)放大具有重大的意義,為此本論文做了如下的研究內(nèi)容： 依據(jù)耦合式煤氣化爐內(nèi)流體力學(xué)特性以及對氣化爐內(nèi)氣化過程的認(rèn)識,將反應(yīng)器進(jìn)行了區(qū)域的劃分,并且在物料平衡、能量平衡和化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了反應(yīng)器的等效網(wǎng)絡(luò)模型。應(yīng)用該模型分別對流化床進(jìn)煤量、進(jìn)氧量、進(jìn)蒸汽量和氣流床進(jìn)煤量、進(jìn)氧量、進(jìn)蒸汽量六個操作參數(shù)對氣化爐內(nèi)熱化學(xué)特性的影響進(jìn)行了模擬；此外,還研究了耦合式煤氣化爐的關(guān)鍵組成部分(灰熔聚流化床)的放大效應(yīng)。得到的結(jié)論如下： 一、耦合式煤氣化爐的等效網(wǎng)絡(luò)模型考慮了反應(yīng)器內(nèi)流體力學(xué),區(qū)域間的傳質(zhì)、傳熱和飛灰中殘?zhí)寂c原煤中碳活性的差異,能夠?qū)⒏鱾€操作參數(shù)對氣化爐內(nèi)煤氣化過程影響的本質(zhì)進(jìn)行剖析,尤其適合分析飛灰中殘?zhí)嫉姆磻?yīng)歷程。 二、流化床進(jìn)煤量、進(jìn)氧量、進(jìn)蒸汽量的改變直接影響了流化床中的碳轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)溫度和產(chǎn)氣組分,其中對流化床碳轉(zhuǎn)化率的影響使逸出的飛灰碳含量發(fā)生變化,從而導(dǎo)致經(jīng)旋風(fēng)分離后進(jìn)入氣流床的殘?zhí)剂堪l(fā)生變化,進(jìn)而影響了氣流床內(nèi)的煤氣化特性。流化床進(jìn)煤量和進(jìn)氧量對溫度和碳轉(zhuǎn)化率的影響較大,調(diào)節(jié)時應(yīng)同時調(diào)節(jié)氣流的操作條件,防止氣流床內(nèi)溫度過高和碳轉(zhuǎn)化率過低。而流化床進(jìn)蒸汽量對溫度和碳轉(zhuǎn)化率的影響較小,調(diào)節(jié)時可忽略對氣流床的影響。 三、氣流床進(jìn)煤量、進(jìn)氧量、進(jìn)蒸汽量的改變直接影響了氣流床內(nèi)的碳轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)溫度和產(chǎn)氣組分,其中對氣流床出口產(chǎn)物溫度的影響導(dǎo)致進(jìn)入流化床后使流化床內(nèi)的溫度發(fā)生變化,進(jìn)而影響了流化床內(nèi)的煤氣化特性。氣流床進(jìn)煤量、進(jìn)氧量和進(jìn)蒸汽量對流化床內(nèi)的溫度和碳轉(zhuǎn)化率的影響均在合理的范圍內(nèi),因此在調(diào)節(jié)時主要應(yīng)該考慮對氣流床本身熱化學(xué)特性的影響。 四、放大過程中環(huán)隙濃相區(qū)到射流區(qū)的氣相回流量和射流區(qū)的體積均為非線性放大；放大后氣相回流量降低使射流區(qū)溫度降低,射流區(qū)體積相對增大,物料停留時間增加使溫度升高,但后者影響大于前者,導(dǎo)致放大后射流區(qū)溫度從1592K升高到1662K；環(huán)隙濃相區(qū)內(nèi)的溫度降低,但物料停留時間增加,碳轉(zhuǎn)化率略微升高；放大過程對產(chǎn)品氣成分的影響較小。 【關(guān)鍵詞】：耦合式煤氣化爐 操作參數(shù) 放大效應(yīng) 煤氣化特性 等效網(wǎng)絡(luò)模型
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TQ546
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 符號說明12-15
• 第一章 文獻(xiàn)綜述15-27
• 1.1 中國能源狀況15-16
• 1.2 煤氣化技術(shù)概況16-22
• 1.2.1 煤氣化反應(yīng)歷程16-17
• 1.2.2 煤氣化技術(shù)分類及應(yīng)用17-22
• 1.3 選題背景及研究內(nèi)容22-27
• 1.3.1 耦合式煤氣化爐簡介22-23
• 1.3.2 耦合式煤氣化爐問題的提出和研究內(nèi)容23-27
• 第二章 耦合式煤氣化爐模型的建立27-37
• 2.1 模型描述及假設(shè)27-29
• 2.2 模型計算原理29-31
• 2.3 模型的輸入31-34
• 2.3.1 各區(qū)域體積的確定31-32
• 2.3.2 物料輸入32-33
• 2.3.3 能量輸入33-34
• 2.3.4 氣化反應(yīng)動力學(xué)34
• 2.4 本章小結(jié)34-37
• 第三章 流化床操作參數(shù)對耦合式氣化爐煤氣化特性的影響37-49
• 3.1 流化床進(jìn)煤量對煤氣化過程的影響37-41
• 3.1.1 流化床進(jìn)煤量對耦合反應(yīng)器溫度分布的影響37-38
• 3.1.2 流化床進(jìn)煤量對耦合反應(yīng)器碳轉(zhuǎn)化率的影響38-40
• 3.1.3 流化床進(jìn)煤量對耦合反應(yīng)器產(chǎn)氣組分的影響40-41
• 3.2 流化床進(jìn)氧量對煤氣化過程的影響41-45
• 3.2.1 流化床進(jìn)氧量對耦合反應(yīng)器溫度分布的影響41-42
• 3.2.2 流化床進(jìn)氧量對耦合反應(yīng)器碳轉(zhuǎn)化率的影響42-44
• 3.2.3 流化床進(jìn)氧量對耦合反應(yīng)器產(chǎn)氣組分的影響44-45
• 3.3 流化床進(jìn)蒸汽量對煤氣化過程的影響45-48
• 3.3.1 流化床進(jìn)蒸汽量對耦合反應(yīng)器溫度分布的影響45-46
• 3.3.2 流化床進(jìn)蒸汽量對耦合反應(yīng)器碳轉(zhuǎn)化率的影響46-47
• 3.3.3 流化床進(jìn)蒸汽量對耦合反應(yīng)器產(chǎn)氣組分的影響47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 氣流床操作參數(shù)對耦合式氣化爐煤氣化特性的影響49-61
• 4.1 氣流床進(jìn)煤量對耦合式煤氣化爐煤氣化過程的影響49-52
• 4.1.1 氣流床進(jìn)煤量對溫度的影響49-51
• 4.1.2 氣流床進(jìn)煤量對碳轉(zhuǎn)化率的影響51-52
• 4.1.3 氣流床進(jìn)煤量對產(chǎn)氣組成的影響52
• 4.2 氣流床進(jìn)氧量對耦合式煤氣化爐煤氣化過程的影響52-56
• 4.2.1 氣流床進(jìn)氧量對溫度的影響52-54
• 4.2.2 氣流床進(jìn)氧量對碳轉(zhuǎn)化率的影響54-55
• 4.2.3 氣流床進(jìn)氧量對產(chǎn)氣組分的影響55-56
• 4.3 氣流床進(jìn)蒸汽量對耦合式煤氣化爐煤氣化過程的影響56-59
• 4.3.1 氣流床進(jìn)蒸汽量對溫度的影響56-57
• 4.3.2 氣流床進(jìn)蒸汽量對碳轉(zhuǎn)化率的影響57
• 4.3.3 氣流床進(jìn)蒸汽量對產(chǎn)氣組分的影響57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第五章 反應(yīng)器放大對灰熔聚流化床煤氣化反應(yīng)的影響61-71
• 5.1 模型建立62-66
• 5.1.1 模型描述62-63
• 5.1.2 關(guān)鍵參數(shù)的確定63-64
• 5.1.3 模型初值64-66
• 5.2 不同反應(yīng)區(qū)域煤氣化反應(yīng)特性66-70
• 5.2.1 射流區(qū)內(nèi)煤氣化特性66-68
• 5.2.2 環(huán)隙濃相區(qū)和稀相區(qū)內(nèi)的煤氣化特性68-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第六章 論文總結(jié)與建議71-75
• 6.1 論文的主要結(jié)論71-73
• 6.1.1 耦合反應(yīng)器等效網(wǎng)絡(luò)模型的建立71
• 6.1.2 操作參數(shù)對耦合反應(yīng)器煤氣化特性的影響71-73
• 6.1.3 灰熔聚流化床放大過程中的體積效應(yīng)73
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81-83
• 作者簡歷83

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