流化床超高温烟气发生工艺及燃烧器模拟研究

论文摘要

高温烟气在钢铁、水泥、冶金等行业应用广泛,针对高温烟气发生工艺技术以及工业窑炉难以利用劣质煤的现状,本文对结合了流化床煤气化以及流化床燃烧技术的超高温烟气发生工艺进行了研究,主要通过结合具体项目,对工艺的系统构成及关键技术中的气化反应性评价、工艺计算基本原理以及高温煤气的燃烧模拟等三方面进行研究。反应性强弱直接影响流化床煤气化的技术指标,因此必须对反应性做出评判。通过具体选取依托项目提供的当地的#1,#2和#3煤,以大同#4煤作对比,进行CO2气氛下的常压热重气化实验。在等温热重实验中,根据碳转化率及气化速率的比较,得出1#煤的活性最优。通过非等温热重实验,求解#1煤在15K/min、20K/min以及25K/min升温速率下的反应动力学参数,结果分别为74.50kJ/mol、65.77kJ/mol和59.76kJ/mol,最后通过多升温速率组合Ozawa法,求得活化能E为44.87kJ/mol。超高温烟气发生工艺的可行性需要在理论对工艺指标进行验证。本研究利用物料平衡、能量平衡建立了超高温烟气发生工艺的计算模型。以气化反应实验中活性最优#1煤为设计煤种按照模型进行指标计算,利用Gasify计算程序进行校核,指出计算模型的合理性。采用基本计算原理对#2、#3以及#4煤进行煤气化计算,得到四个煤样的热值分别为4.126MJ/Nm3、4.835MJ/Nm3、5.199MJ/Nm3和5.440MJ/Nm3,以100kg给煤为基准,产气率分别为322.43Nm3、170.79Nm3、238.03 Nm3和379.74 Nm3,通过对比,从而进一步总结工艺中评价煤种特性的参考依据。高温煤气以及高温含氧烟气在燃烧室内的有效燃烧,是实现工艺的主要关键。本文根据基本计算原理得到的参数,设计低热值套筒式煤气燃烧器,采用CFD软件Fluent进行高温煤气在以回转窑为燃烧室内燃烧特性模拟,包括温度场、速度场以及压力场等。模拟得到的火焰温度为1786.5K,即1513.4℃,最高速度为169.8m/s,在煤气喷嘴出口处,与设计值相当接近,窑头部分维持在负压,约-157Pa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 高温烟气发生技术进展
• 1.3 超高温烟气发生技术
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 流化床超高温烟气发生技术的工艺系统
• 2.1 工艺系统组成
• 2.2 工艺系统的关键技术及布置
• 2.3 本章小结
• 3 常压气化反应性热重实验
• 3.1 煤的气化反应性
• 3.2 热重气化反应实验
• 3.3 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 超高温烟气发生工艺的设计基本原理
• 4.1 流化床气化设计的基本原理
• 4.2 高温煤气燃烧的计算
• 4.3 干煤气组分核算
• 4.4 本章小结
• 5 低热值煤气燃烧器研究设计与模拟
• 5.1 低热值煤气燃烧的基本概念
• 5.2 低热值煤气燃烧器的设计
• 5.3 套筒燃烧器的模拟
• 5.4 本章小结
• 6 研究结论与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 论文主要特色
• 6.3 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献