三段式氣化爐煤氣化制合成氣過程的數(shù)值研究.pdf

1、能源是社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長所依賴的重要物質(zhì)基礎(chǔ)以及不可或缺的生產(chǎn)要素。不可再生能源仍然發(fā)揮著主要作用。其中，煤炭資源于中國乃至世界都非常重要，而且在今后很長一段時間內(nèi)將繼續(xù)保持主要地位，因此對煤炭的清潔利用將變得十分重要。潔凈煤技術(shù)中氣流床氣化爐在加壓條件下將煤粉與水蒸氣通過氣化反應(yīng)產(chǎn)生清潔燃料-合成氣逐漸得到重視。本文采用Fluent對一種三段式氣流床氣化爐在加壓條件下進(jìn)行煤粉加水蒸氣產(chǎn)生含有一氧化碳和氫氣的合成氣的氣化反應(yīng)過程進(jìn)行數(shù)值

2、模擬研究。
　　已針對數(shù)值模擬過程擬采用的模型進(jìn)行有效性驗證，驗證方法為將擬采用的模型用于模擬現(xiàn)役工業(yè)兩段式氣化爐，本文已分別對三種煤種進(jìn)行數(shù)值模擬，將兩段式氣流床氣化爐的模擬結(jié)果與其試驗結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明主要參數(shù)誤差均不大于5％，說明這些模型是有效的。
　　采用已經(jīng)驗證過的模型模擬三段式氣流床氣化爐在加壓條件下的煤粉加水蒸氣的氣化過程。采用正交分析法分析氣化因素對氣化效果的影響，已重點(diǎn)分析各組分在氣化爐內(nèi)的分布情況以

3、及氣化爐各個部分發(fā)生的氣化反應(yīng)過程。
　　在三段式氣流床氣化爐中，氣化溫度隨著一段燃燒室中氧氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比，Ro/c，的增加而升高，這是因為煤粉與氧氣發(fā)生的氣化反應(yīng)隨著氧氣含量增加而強(qiáng)化，該放熱反應(yīng)放出的熱量也逐漸增多。一氧化碳隨著進(jìn)入二段回流室中水蒸氣的質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比，Rh/c，的增加而降低，一方面這是因為發(fā)生了水氣置換反應(yīng)，另一方面是因為當(dāng)Rh/c較高時，過量的蒸汽會對產(chǎn)物中的有效氣產(chǎn)生稀釋作用。當(dāng)氣化壓力較高時，氣

4、化壓力對一氧化碳反應(yīng)的影響開始變得顯著起來，一氧化碳隨著氣化壓力的增加而逐漸增加。H2的摩爾分?jǐn)?shù)隨著Rh/c的增加而增加，這是因為發(fā)生了水氣置換反應(yīng);H2的摩爾分?jǐn)?shù)隨著壓力的增加逐漸降低，這是因為炭與水蒸氣的反應(yīng)受壓力影響很大，壓力過大會抑制炭與水蒸氣的反應(yīng)。
　　采用正交分析法對氣化因素對氣化效果的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，按照降序排列，對炭轉(zhuǎn)化率的影響程度為pt＞Ro/c＞Rh/c;對有效氣含量的影響程度為Ro/c＞pt＞Rh

5、/c;對冷煤氣效率的影響程度為Ro/c＞pt＞Rh/c。炭轉(zhuǎn)化率的最佳因素組合為pt=3MPa，Ro/c=1.2，Rh/c=0.1;有效氣含量的最佳因素組合為pt=3MPa，Ro/c=0.8，Rh/c=0.08;冷煤氣效率的最佳因素組合為pt=4MPa，Ro/c=1.2，Rh/c=0.08。通過對數(shù)值模擬的綜合分析對比，建議該三段式氣流床氣化爐的最佳運(yùn)行條件組合為pt=3MPa，Ro/c=1.0，Rh/c=0.08，該最佳運(yùn)行條件為所設(shè)