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煤拔头中试装置半焦气力输送的数值模拟

作　者: 赵丹妮
导　师: 赵广播
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 煤炭拔头 多联产 气力输送 半焦
分类号: TQ022.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 89次
引　用: 2次
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内容摘要


煤炭拔头,旨在常压、中低温、无催化剂和氢气的条件下,用温和热解的方式提取煤中的气体、液体燃料和精细化学品,并借此工艺脱硫脱硝,从而实现油、煤气、热、电的多联产。气力输送是借助负压或正压气流通过管道输送物料的技术,与其他输送方式相比,具有输送效率高、结构简单、系统密闭、可输送高温物料等优点。煤拔头中试试验采用气力输送的方式回输半焦。由快速分离器分离出的半焦温度超过其着火温度,在气力输送过程中可能燃烧放出大量热量,不仅造成热量损失,且影响系统安全运行。因此,预估物料输配系统的速度、压力等工作状态,对半焦回输过程中有可能发生的燃烧反应进行分析,是保证系统顺利运行的基础。本文建立了半焦和循环灰气力输送的一维数学模型:对颗粒的受力进行分析,根据牛顿第二定律建立颗粒动量方程;化学反应考虑了残余挥发分的析出和燃烧、焦炭的燃烧、气相CO的燃烧以及CO2的非均相还原;忽略了焦炭与热灰之间的换热;考虑了气体与固体之间的对流和辐射换热、气相燃烧热对气体温度的影响以及焦炭燃烧热导致半焦颗粒的温升;采用附加压降法计算气力输送过程中的压降。用计算机语言编程求解35t/h循环流化床煤拔头中试试验装置物料回输系统的一维模型,对比分析了采用预热空气、冷空气、烟气三种气体介质进行输送时的工况。结果表明无论采用何种气体输送,管内气体温度均较高,速度大,动力损失和磨损严重。空气输送时的温度、速度和压力损失均大于烟气输送。由于停留时间短且为欠氧燃烧,可忽略输送过程中焦炭的燃烧。同时研究了特性参数的变化对气力输送的影响:残余挥发分越高,出口处温度和压力损失越大;物料在管内的停留时间越长,出口处温度越高,当停留时间超过0.6s后挥发分基本燃尽;在20～180℃范围内,出口处气固温度随着输送气体初始温度升高近似成线性增加。采用变管径输送能有效降低管内速度,从而降低动力消耗和管道磨损;等径段直径越大,压力损失越小,但直径过大会导致输送力下降。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题背景  8-11
    1.1.1 我国的能源现状  8-9
    1.1.2 煤的利用方式  9-11
  1.2 煤拔头研究现状  11-14
  1.3 半焦燃烧研究现状  14-15
  1.4 课题研究的意义和主要内容  15-17
    1.4.1 研究意义  15-16
    1.4.2 主要内容  16-17
第2章 半焦输送的一维模型  17-40
  2.1 基本模型  17-30
    2.1.1 颗粒相动量方程  18-19
    2.1.2 燃烧反应模型  19-26
    2.1.3 颗粒相能量方程  26-27
    2.1.4 气体能量方程  27
    2.1.5 气相质量守恒方程  27-28
    2.1.6 压力损失模型  28-30
    2.1.7 理想气体状态方程  30
  2.2 固体、气体特性参数模型  30-32
    2.2.1 烟气比热容  30-31
    2.2.2 固体比热容  31
    2.2.3 气体导热系数  31
    2.2.4 气体动力粘度  31-32
    2.2.5 气体密度  32
  2.3 边界条件  32
  2.4 模型求解  32-35
  2.5 步长控制方法  35-36
  2.6 模型验证  36-39
    2.6.1 与实验数据比较  36-37
    2.6.2 一维模型与二维模型的比较  37-39
  2.7 本章小结  39-40
第3章 半焦输送的计算结果  40-53
  3.1 计算参数  40-45
    3.1.1 半焦输送系统布置图  40-41
    3.1.2 煤热解产品质量分布与元素分析  41
    3.1.3 气力输送系统主要参数  41-44
    3.1.4 气体输送介质的性质  44-45
  3.2 三种工况计算结果对比分析  45-52
    3.2.1 两相运动和压降的计算结果  45-47
    3.2.2 燃烧反应的计算结果  47-50
    3.2.3 气固温度的计算结果  50-52
  3.3 本章小结  52-53
第4章 参数变化对半焦气力输送的影响  53-63
  4.1 转捩速度  53-54
  4.2 残余挥发分对输送特性的影响  54-55
  4.3 停留时间对输送特性的影响  55-57
  4.4 气体温度对输送特性的影响  57-58
  4.5 管径对输送特性的影响  58-62
    4.5.1 变管径输送  58-59
    4.5.2 渐扩管的压力损失  59
    4.5.3 变管径输送的数值模拟  59-62
  4.6 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 物料的输送过程 > 固体的输送过程
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