加壓流化床煤氣化數(shù)學(xué)模型建立及計(jì)算方法的研究

【摘要】：煤炭是我國的主要能源資源,其能源利用效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重,尤其是二氧化碳等溫室氣體的減排已成為亟待解決的問題。大規(guī)模煤氣化技術(shù)成為煤炭高效潔凈利用的有效途徑之一。由于我國50%以上的煤種具有灰熔點(diǎn)高、灰分高的特點(diǎn),在氣流床氣化爐應(yīng)用中受到限制,而流化床能夠有效解決高灰熔點(diǎn)煤氣化的問題,本文提出適用于高灰熔點(diǎn)煤的高溫型加壓流化床煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和二氧化碳回收型加壓流化床氣化應(yīng)用系統(tǒng),對作為關(guān)鍵技術(shù)的加壓流化床氣化爐進(jìn)行數(shù)值模擬研究,探索大型加壓流化床煤氣化的最佳操作條件和設(shè)計(jì)參數(shù),為大容量氣化爐放大尺寸提供有效數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)；并且進(jìn)行高灰熔點(diǎn)煤焦氣化反應(yīng)特性的實(shí)驗(yàn)研究,為高灰熔點(diǎn)煤氣化數(shù)學(xué)模型提供必要的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。 針對加壓流化床煤氣化系統(tǒng),建立與實(shí)際流化床氣化運(yùn)行貼近的數(shù)學(xué)模型,包括顆?；旌夏Ｐ?、氣相混合模型、氣泡模型和焓平衡模型。分析了給煤速率、氧量和水蒸氣等操作參數(shù)對碳轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣量和冷煤氣效率等的影響,并確定了給煤速率的最佳操作范圍。 在空氣氣氛下對數(shù)學(xué)模型求解,結(jié)果表明：初期碳轉(zhuǎn)化率均保持在99%以上,對于相同床面積的氣化爐,可通過提高反應(yīng)壓力來提高氣化爐處理量;反應(yīng)壓力提高40%,單位煤產(chǎn)氣量可增加34%以上：高給煤速率和高反應(yīng)壓力有利于可燃?xì)怏w(CO+H2+CH4)的生成；當(dāng)反應(yīng)壓力為1.5MPa時(shí),給煤速率的最佳操作范圍為1.0～1.5kg/(m2·s),當(dāng)反應(yīng)壓力為2.1MPa時(shí),給煤速率的最佳操作范圍為2.0～2.5kg/(m2·s);氧碳比為0.45～0.55時(shí),冷煤氣效率可達(dá)77%；生成氣體熱值與水蒸氣比成正比。 在CO2氣氛下對數(shù)學(xué)模型求解,結(jié)果表明：在采用CO2回收循環(huán)系統(tǒng)下可獲得70%以上的(CO+H2)合成氣；CO2氣氛下的氣化能力比在空氣氣氛下減少了約2%；反應(yīng)壓力為1.5MPa時(shí),給煤速率的最佳操作范圍為1.3～1.8kg/(m2·s);氧碳比為0.5時(shí)冷煤氣效率可達(dá)76%；氣化溫度與氧碳比成正比,通過對氧碳比的控制可有效地調(diào)節(jié)氣化溫度；隨著水蒸氣比的增加,冷煤氣效率會(huì)出現(xiàn)最大值,氣體熱值會(huì)逐漸增大；在氣化溫度為1073～1273K時(shí),CO2氣氛下反應(yīng)的操作范圍比空氣氣氛下的范圍大。 在氣化溫度為1073-1273K范圍內(nèi),采用等溫?zé)嶂胤ㄟM(jìn)行煤焦-CO2/H2O氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性的研究。研究結(jié)果表明：高灰熔點(diǎn)煤的氣化反應(yīng)速率低于低灰熔點(diǎn)煤,反應(yīng)活性較低,要達(dá)到高反應(yīng)活性,氣化溫度需高于1273K；氣化溫度越高,氣化反應(yīng)速率越高；煤焦-CO2/H2O氣化反應(yīng)速率隨反應(yīng)時(shí)間的延長呈現(xiàn)山峰狀的變化,低灰熔點(diǎn)煤氣化反應(yīng)速率達(dá)到峰值后下降的速度比高灰熔點(diǎn)煤快;煤焦-H2O氣化反應(yīng)活性高于煤焦-CO2的反應(yīng)活性。 【關(guān)鍵詞】：煤氣化 加壓流化床 數(shù)學(xué)模型 灰熔點(diǎn) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ546
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符號說明7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 流化床煤氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 流化床氣化簡述14
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3 流化床氣化數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 平衡模型19-20
• 1.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型20
• 1.3.3 動(dòng)力學(xué)模型20-21
• 1.3.4 氣化反應(yīng)速度研究21
• 1.4 本課題主要研究目的及內(nèi)容21-24
• 第2章 加壓流化床煤氣化模型的建立及計(jì)算方法24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 煤氣化反應(yīng)及氣化反應(yīng)速度式24-25
• 2.3 模型的建立25-35
• 2.3.1 模型的假定25-26
• 2.3.2 顆?；旌夏Ｐ?/span>26-27
• 2.3.3 氣相混合模型27-30
• 2.3.4 氣泡模型30-32
• 2.3.5 焓平衡模型32-35
• 2.4 模型的求解35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 加壓流化床煤氣化模型計(jì)算結(jié)果與分析37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 操作變量和操作條件37-38
• 3.3 空氣氣氛下煤氣化數(shù)值模擬38-42
• 3.3.1 給煤速率的影響38-41
• 3.3.2 氧碳比和水蒸氣比的影響41-42
• 3.4 CO_2氣氛下煤氣化數(shù)值模擬42-47
• 3.4.1 給煤速率的影響42-44
• 3.4.2 氧碳比和水蒸氣比的影響44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第4章 煤焦氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)條件及方法49-51
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料49-50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法50-51
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析51-57
• 4.3.1 煤焦氣化碳轉(zhuǎn)化率的計(jì)算51-52
• 4.3.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算52-54
• 4.3.3 氣化溫度的影響54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 全文總結(jié)與展望59-61
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 工作展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果67-68
• 致謝68

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