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煤加压部分气化试验研究与数值模拟

肖睿  
【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0.1MW_(th)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2MW_(th)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2MW_(th)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/Nm~3,日本若松PDU中试装置LHV3.3~4.02 MJ/Nm~3),接近于美国PSDF更大规模中试装置产生的煤气热值(HHV4.85 MJ/Nm~3)。 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。


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1 肖睿;煤加压部分气化试验研究与数值模拟[D];东南大学;2005年
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