论文题目: 煤加压部分气化试验研究与数值模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 热能工程
作者: 肖睿
导师: 章名耀
关键词: 煤加压部分气化,带射流的流化床,高温气化介质,小试,中试,数学模型
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 基于煤部分气化-半焦燃烧技术路线的第二代加压流化床联合循环发电技术是本世纪最有发展前途的洁净煤发电技术之一,加压煤部分气化是其中的关键技术。本文通过小试、中试和数值模拟等手段对煤在加压带射流的流化床中的部分气化行为进行了较系统研究,旨在掌握影响煤部分气化行为的关键因素,为今后的工业应用提供理论依据。在0.1MWth小试装置上首次成功实现气化介质-空气/蒸汽高度预热煤的流化床气化工艺,入口空气/蒸汽温度达到700℃,试验结果表明,当其它条件不变的情况下,气化剂预热温度由300℃提高到700℃时,煤气热值提高幅度可达20%以上。为配合2MWth中试装置的试验,在小试装置上还进行了温度、压力、空气系数和汽煤比等工艺参数对煤部分气化特性的影响。结果表明,温度对煤气成分和碳转化率影响最为明显,提高气化温度可大幅改善煤气质量和碳转化率;压力对气化反应的影响是通过改善流化质量和提高反应强度来实现的;空气系数和汽煤比是优化煤气化工况的重要参数。在小试装置试验的基础上,构建了2MWth加压煤部分气化中试系统,并在该装置成功地进行了三次、四个工况的大型试验,最长连续运行时间达12小时。试验中成功地进行深床层气化工艺的尝试,取得了很好的效果,表现为煤气热值和理论计算值接近（比同工况的理论计算平衡热值低8%～12%）,碳转化率较浅床气化有明显的提高,喷动流化床整个工作区的工作温度比较均匀,工况稳定,在喷动区入口以上0.86m至床层5.26m的范围以内最大温度偏差仅30℃,为工业应用提供了有力的技术支持。与国内外相同规模的部分气化炉对比研究结果表明,主要气化指标达到了国内外先进水平,如煤气热值高于国外同级规模中试装置的煤气热值（英国CRE中试装置HHV3.7～3.9 MJ/Nm3,日本若松PDU中试装置LHV3.3～4.02 MJ/Nm3）,接近于美国PSDF更大规模中试装置产生的煤气热值（HHV4.85 MJ/Nm3）。通过小试与中试装置试验结果对比表明,具有中心射流的喷动流化床或射流流化床在放大的过程中具有明显的放大效应。放大效应主要表现在以下二个方面:中试装置气固接触效率下降明显;中试装置的散热损失仅有小试装置的一半。文章中还提出了两种具有中心射流的流化床的放大方案的设想。为进一步研究煤加压部分气化过程,建立了具有中心射流的流化床一维非等温分区动力学数学模型。模型中采用反应平衡理论和反应动力学分别模拟煤脱挥发分和焦炭气化过程,并考虑了压力对流动、燃烧和气化反应的影响以及悬浮空间的反应和散热损失。模型计算值与小试和中试试验结果对比后显示,本模型对煤加压部分气化过程的模拟是成功的,具有一定的通用性。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究概述
1.2.1 第二代增压流化床联合循环发电技术的研究进展
1.2.2 2G PFBC 空气鼓风部分气化炉研究概况
1.2.3 高温空气气化研究概况
1.2.4 流化床气化数学模型研究
1.3 本课题主要研究内容
参考文献
第二章 高温空气/蒸汽加压煤部分气化概念验证及工艺研究
2.1 引言
2.2 0.1MWth 高温空气/蒸汽加压煤部分气化试验
2.2.1 试验装置
2.2.2 试验材料
2.2.3 测试方法
2.2.4 试验过程
2.2.5 试验数据整理
2.3 煤气化机理
2.4 结果与讨论
2.4.1 气化炉冷态流动特性
2.4.2 气化炉内温度分布
2.4.3 空气/蒸汽预热温度影响
2.4.4 气化温度影响
2.4.5 气化炉压力影响
2.4.6 空气系数和汽煤比的影响
2.5 本章小结
参考文献
第三章 2MWth加压煤部分气化炉内气化特性放大验证试验研究
3.1 引言
3.2 2MWth 加压煤部分气化试验
3.2.1 试验系统
3.2.2 试验物料
3.2.3 试验过程
3.3 试验结果与讨论
3.3.1 工艺及装置试验研究
3.3.2 气化特性试验研究
3.4 小试与中试煤气化对比分析及喷动流化床气化炉放大
3.4.1 小试与中试煤气化数据对比分析
3.4.2 喷动流化床气化炉放大规律探讨
3.5 小结
参考文献
第四章 加压流化床煤部分气化炉数值模拟 I.模型的建立
4.1 引言
4.2 流动子模型
4.2.1 炉栅区
4.2.2 鼔泡区
4.2.3 悬浮区
4.3 挥发分析出子模型
4.3.1 高压下煤挥发分析出
4.3.2 挥发分产物分布平衡模型
4.4 燃烧子模型
4.4.1 焦炭燃烧子模型
4.4.2 气体均相燃烧反应
4.5 焦炭气化子模型
4.5.1 碳与水蒸汽的反应
4.5.2 二氧化碳的还原反应(Boudouard 反应)
4.5.3 水气置换反应
4.6 气固质量平衡子模型
4.6.1 炉栅区气固质量守恒
4.6.2 鼔泡区气固质量守恒
4.6.3 悬浮区气固质量守恒
4.7 能量平衡子模型
4.7.1 炉栅区气固能量守恒
4.7.2 鼔泡区气固能量守恒
4.7.3 悬浮区气固质量守恒
4.8 小结
参考文献
第五章 加压流化床煤部分气化炉数值模拟Ⅱ.模型的计算及分析
5.1 引言
5.2 模型的求解
5.3 针对2MWth 中试装置数值模拟结果与分析
5.3.1 计算机初始参数输入
5.3.2 炉栅区
5.3.3 鼔泡区
5.3.4 悬浮区
5.3.5 模型计算值与实验值的比较
5.4 0.1MWth 小试装置数值模拟结果与分析
5.4.1 计算机初始参数输入
5.4.2 喷动区与环形区
5.4.3 悬浮区
5.4.4 模型计算值与实验值比较
5.5 本章小结
参考文献
第六章 结论与建议
主要符号表
致谢
攻读博士学位期间论文发表情况
发布时间: 2006-08-10
参考文献
- [1].射流流化床煤催化气化炉的计算流体力学模拟[D]. 夏梓洪.华东理工大学2016
相关论文
- [1].高灰熔点煤高温、加压气流床气化实验研究与数值模拟[D]. 乌晓江.上海理工大学2007
- [2].煤热解、气化过程中含氮化合物的生成与释放研究[D]. 常丽萍.太原理工大学2004
- [3].生物质流化床气化机理与工业应用研究[D]. 陈平.中国科学技术大学2006
- [4].加压煤气化钙基脱硫剂还原脱硫及硫化钙氧化的研究[D]. 宋占龙.东南大学2006
- [5].流化床煤部分气化/半焦燃烧多环芳烃生成与排放特性的研究[D]. 周宏仓.东南大学2005
- [6].黑液水煤浆催化气化机理以及气流床气化数值模拟研究[D]. 匡建平.浙江大学2007
- [7].不同煤焦的理化性质及高温气化反应特性研究[D]. 吴诗勇.华东理工大学2007