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淮南煤气化特性实验及模拟研究

作　者: 姚杰
导　师: 董众兵
学　校: 安徽理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 淮南煤气化特性模拟
分类号: TQ546
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

采用自制石英弹簧热天平(ZL00247922.2)对高灰熔点(FT>1500℃)的淮南煤气化特性进行了实验研究,结果表明：CO2气化速率远小于挥发份析出和燃烧速率,在整个粉煤气化过程中,总反应时间主要取决于气化速率。CO2气化速率随着反应的进程而降低,不同煤种之间气化反应差异很大。与甘肃华亭煤相比,淮南煤气化活性很低。完全气化需要较长的时间,而燃烧过程在极短时间完成；采用部分气化(气化率40-50%)—燃烧的工艺路线既可以减小气化炉体积,又可实现碳的完全转化。采用Aspen Plus软件对淮南煤气化进行了稳态流程模拟研究,结果表明：O2流量的增大导致气化温度快速升高；合成气中CO、H2,以及有效合成气(CO+H2)的体积分率随O2流量的增加呈先增大后减小的趋势；CO2和H20的变化趋势则相反。氧煤比在0.03～0.17kg/kg区域内,有效气体积分率均大于60%；且在氧煤比为0.1kg/kg时,有效合成气体积分率达到最大值64.2%。氧煤比在0.06～0.14kg/kg区域内,汽氧比的增大会导致气化温度随之减小,并直接影响合成气组分。合成气中,CO、H2、CH4、以及有效合成气(CO+H2)的体积分率随汽氧比的增大而降低；H20和CO2体积分率则随之增大。通过对干粉煤气化工业炉冷态CFD模拟分析,结果表明：煤粉颗粒和气体自顶部喷嘴高速喷入后,迅速沿径向和轴向扩散,高速区、中速区和低速区分界明显。在炉膛上部炉壁区域形成回流层,颗粒呈环流运动。在炉膛1/2以下区域两相均处于速度很小的状态。颗粒从底部缩口处至出口处呈加速状态。图51表4参71

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摘要 5-6Abstract 6-12插图清单 12-14LIST OF FIGURES 14-16附表清单 16-17LIST OF TABLES 17-18注释说明清单 18-19引言 19-201 文献综述 20-38 1.1 气流床煤气化技术的工业化装置现状 20-23 1.1.1 水煤浆煤气化技术 20-21 1.1.2 干粉煤气化技术 21-23 1.2 煤气化反应动力学原理 23-24 1.3 煤气化模拟研究现状 24-36 1.3.1 化工流程模拟及稳态流程模拟系统 26-30 1.3.2 煤气化流体动力学(CFD)模拟发展现状 30-36 1.4 本课题研究内容 36-382 淮南煤气化特性实验研究 38-52 2.1 实验装置 38-40 2.1.1 装置工作原理及主要性能参数 38 2.1.2 结构特点 38-40 2.1.3 实验操作步骤 40 2.2 实验方法 40 2.3 实验结果与分析 40-50 2.3.1 实验样品 40-41 2.3.2 CO_2气化实验 41-45 2.3.3 CO_2气化—燃烧连续实验 45-50 2.4 本章小结 50-523 淮南煤气化工艺过程模拟 52-65 3.1 基本流程模拟 52-53 3.2 气化系统模型 53-55 3.3 淮南煤气化工艺过程模拟 55-64 3.3.1 氧煤比对气化过程的影响 56-61 3.3.2 汽氧比对气化过程的影响 61-64 3.4 本章小结 64-654 气流床煤气化冷态流体动力学(CFD)模拟 65-83 4.1 流体动力学(CFD)模型及参数设置 65-73 4.1.1 模拟对象 65 4.1.2 CFD工作流程 65-67 4.1.3 CFD控制方程 67-68 4.1.4 网格划分 68-69 4.1.5 初始条件和边界条件 69-73 4.2 模拟结果与分析 73-81 4.2.1 工况条件模拟结果与分析 73-77 4.2.2 氧煤比对气相流场的影响 77-81 4.3 本章小结 81-83结论 83-84今后工作建议 84-85参考文献 85-89致谢 89-90作者简介及读研期间主要科研成果 90

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