藕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台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。

目录

第一章 文献综述

第二章 耦合式煤气化炉模型的建立

第三章 流化床操作参数对耦合式化炉煤气特性的影响

第四章 气流化床操作参数对耦合式化炉煤气特性的影响

第五章 反应器放大对灰熔聚流化床煤气化反应的影响

第六章 论文总结与建议

参考文献

致谢

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