加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化試驗(yàn)研究和數(shù)學(xué)模型.pdf

1、該文在內(nèi)徑89mm,高4.2m的噴動(dòng)流化床氣化爐試驗(yàn)裝置上對(duì)煤部分氣化進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析.試驗(yàn)采用高度預(yù)熱的空氣和水蒸汽作為氣化介質(zhì),并利用加壓氣化技術(shù),以減少飛灰可燃物帶出量,提高煤的利用效率.試驗(yàn)重點(diǎn)考察了氣化爐壓力、床層溫度、空煤比和汽煤比等因素對(duì)干煤氣成分和熱值的影響,并對(duì)其氣化機(jī)理進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,床層溫度的提高有利于CO<,2>還原反應(yīng)和水蒸氣分解反應(yīng)的進(jìn)行,提高了煤氣的質(zhì)量,但對(duì)高的溫度會(huì)使散熱損失增加,還

2、會(huì)造成爐內(nèi)結(jié)焦;空煤比過大,爐內(nèi)燃燒反應(yīng)份額增加,反而對(duì)煤氣的熱值提高不利;汽煤比增加后煤氣中H<,2>和CH<,4>濃度顯著增加,煤氣質(zhì)量有明顯的改善,但過量的蒸汽會(huì)導(dǎo)致氣化溫度的降低和煤氣質(zhì)量的下降;隨著氣化爐壓力的增加,反應(yīng)速度增加,煤氣中CO增加,CO<,2>和H<,2>減少,蒸汽分解率下降,干煤氣熱值有所提高.在試驗(yàn)工況下,加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化爐存在較佳試驗(yàn)工況:氣化爐適宜運(yùn)行溫度區(qū)間為910℃~940℃;空煤比在2.5~

3、3.3之間;汽煤比在0.36左右.爐內(nèi)溫度是反映氣化反應(yīng)速率最主要標(biāo)志之一,加上噴動(dòng)流化床內(nèi)氣化反應(yīng)的本質(zhì)是通過固體顆粒再循環(huán)和氣體擴(kuò)散將中心燃燒區(qū)的熱量帶至環(huán)形還原區(qū),因此該文建立了加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化爐的一維非等溫模型.模型考慮了噴動(dòng)流化床內(nèi)煤脫揮發(fā)分過程、床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)情況、煤部分氣化特性和物料質(zhì)量及能量平衡等,引入了揮發(fā)分析出子模型、兩相流動(dòng)子模型、氣化子模型和質(zhì)量及能量守恒子模型.模型將整個(gè)氣化爐沿床高按流動(dòng)狀態(tài)分為三個(gè)

4、區(qū):爐柵區(qū)、鼓泡區(qū)和懸浮區(qū).對(duì)各區(qū)域進(jìn)行合理的假設(shè)后,采用變步長(zhǎng)、多次循環(huán)迭代的方法對(duì)加壓噴動(dòng)流化床氣化過程的一維非等溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行求解,并在此基礎(chǔ)上模擬整個(gè)氣化爐的溫度場(chǎng).模型計(jì)算結(jié)果基本反映氣化爐內(nèi)氣體各組分分布的規(guī)律,對(duì)H<,2>和CO<,2>的模擬結(jié)果與試驗(yàn)較吻合;但對(duì)CO和CH<,4>的模擬能夠反映其變化趨勢(shì),尚存在一定誤差.模型模擬的床層溫度沿床高分布與試驗(yàn)所測(cè)結(jié)果相比,在爐柵區(qū)和爐膛出口的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;在懸浮