加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化試驗與模型研究.pdf

1、煤炭是我國的主要能源，煤氣化是煤炭高效清潔利用的主要技術之一。相對于粉煤高溫氣化，流化床溫和氣化的反應溫度較低，因此對氣化設備、耐火材料以及氧耗等方面的要求不高。該氣化技術特別適用于我國儲量豐富的高灰熔點煤的氣化，但也存在氣化效率較低以及不易大型化等難題。
　　 本文提出了一種加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化新工藝，通過實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬等手段對其氣化行為進行了系統(tǒng)研究。從4個層面依次開展研究工作，包括：基于小波模極大值的鼓泡

2、流態(tài)化到湍動流態(tài)化流型轉變特性研究，循環(huán)流化床的流型辨識與循環(huán)通量研究、加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化熱態(tài)試驗研究以及加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化數(shù)學修正模型和數(shù)值試驗研究。
　　 在提升管直徑為60mm，高度為5.5m的不循環(huán)的冷態(tài)流化床試驗裝置上，使用基于信號奇異性檢測的小波模極大值法，研究鼓泡流態(tài)化到湍動流態(tài)化的流型轉變特性，獲得相應的流型轉變初始速度。使用壓力波動平均振幅法和標準偏差法對壓力波動信號進行分析，得到的轉變初始速度相互

3、之間最大標準偏差為10.8％，說明這三種方法均能正確判斷鼓泡流態(tài)化到湍動流態(tài)化的流型轉變初始速度。與后兩種方法相比，小波模極大值法有使用數(shù)據(jù)量少、分析速度快的優(yōu)點。使用該方法對鼓泡流態(tài)化到湍動流態(tài)化的流型轉變特性的研究未見報道。
　　 在上述冷態(tài)試驗裝置上增加循環(huán)返料系統(tǒng)，構建循環(huán)流化床冷態(tài)試驗裝置。根據(jù)鼓泡流態(tài)化到湍動流態(tài)化的流型轉變特性研究成果，使用小波模極大值法和理論分析相結合的方法對循環(huán)流化床流型進行辨識。研究表明：使用

4、寬篩分的床料參與循環(huán)，有助于形成“下部湍動，上部快速環(huán)核”的流型結構。在該裝置上對熱態(tài)試驗使用的寬篩分床料進行循環(huán)通量研究，結果表明：表觀風速由3.4提高到4.4m/s時，固體循環(huán)通量由16.6增加到47.4kg/(m2s)，但風速繼續(xù)增加，循環(huán)通量的增大速度會減緩。
　　 根據(jù)上述研究成果，構建了最大熟輸入0.1MWth、氣化壓力0.1-0.5MPa、提升管高度6.8m、下部內徑70mm以及上部內徑60mm的變直徑小型加壓循環(huán)

5、湍動流化床煤氣化試驗裝置。成功進行了系統(tǒng)聯(lián)動試驗，試驗結果表明，此工藝系統(tǒng)設計基本合理，整個系統(tǒng)能夠協(xié)調穩(wěn)定運行。首次將氣化劑高溫預熱技術應用于加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化工藝，氣化劑預熱溫度由400℃提高到700℃時，煤氣熱值提高21%;加壓試驗中碳轉化率由常壓的57.52%增加到0.5MPa的80.48%;在空氣-煤化學當量比為0.35以及蒸汽煤比為0.38kg/kg時，煤氣熱值、碳轉化率等達到最大值。
　　 采用吉布斯自由能最

6、小化法建立煤氣化反應平衡模型，該模型能夠預測氣化反應基本規(guī)律，但是計算準確性較差?；貧w熱態(tài)試驗獲得的碳轉化率和甲烷產(chǎn)率，將其用于平衡模型的動力學修正，建立界于熱態(tài)試驗操作參數(shù)范圍之內的加壓循環(huán)湍動流化床煤氣化數(shù)值計算核心模型。修正后的模型計算結果和試驗結果非常吻合。煤氣化試驗眾多操作參數(shù)之間會相互產(chǎn)生影響，通過數(shù)值試驗對熱態(tài)試驗無法完成的單-影響因素的影響效果進行研究。數(shù)值試驗結果表明：空氣-煤化學當量比和蒸汽煤比分別存在適宜操作區(qū)域，