煤的气流床气化模型

研究出一种数学模型,用以模拟德士古(Texaco)下喷式气流床气化炉试验装置,用煤的液化残渣以及煤水浆作为原料。气流床气化炉在概念上或理论上、设计上基本分为三个区域:热分解和挥发物的燃烧区、气化和燃烧区以及气化区。通过求出物料与能量平衡,探讨了气化动力学、输送速度以及气化炉的流体力学,得到沿反应器的温度和浓度的分布曲线。根据模型计算得到的结果与实验数据进行比较。为了更好地了解在各种操作条件下使     

鼓泡流化床内高灰煤气化过程的颗粒尺度特性研究

基于多相流体质点网格方法(MP-PIC)对高灰煤在三维鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟研究。在欧拉-拉格朗日框架下将气相和固相分别视作连续介质和离散相处理。首先,将模拟得到的出口处气体组分结果与实验数据进行对比,实验数据与模拟结果具有良好的一致性。其次,研究了煤颗粒在气化炉内的温度、传热系数、速度和停留时间,从颗粒尺度揭示了鼓泡流化床气化炉内的颗粒分布特性和气固流动特征。结果表明:在气化炉入口附近煤颗粒与床层温差最大,传热系数最大;由于流化床内强非线性的气固流动,床中煤温度和传热系数的空间分布不均匀;煤颗粒和床料的瞬时速度具有稳定的波动幅度,其中垂直方向速度波动最明显,且煤颗粒的瞬时速度比床料的瞬时速度略大;由于颗粒间的剧烈碰撞,延长了煤颗粒停留时间。此外,对鼓泡流化床中煤气化过程颗粒尺度的研究,有助于深入了解固体颗粒的流动行为以及气固相相互作用特性,对鼓泡流化床反应器的设计优化具有重要意义。     

高温鼓泡流化床流体动力学特性

流化床催化反应过程、煤的流化床燃烧与气化等多种流化床工业应用都涉及高温操作。文中结合研究结果 ,综述了温度对最小流化速度、最小流化空隙率、床层膨胀比和气泡直径的影响。在前人研究的基础上 ,对今后高温流化床的基础研究提出了建议     

多射流锥形对撞流气流床流场特性实验及模拟研究

为了考察多射流锥形对撞煤加氢气流床内的冷态流场情况,以3 t/d的热态煤加氢气化炉为依据建立了气流床冷模装置。使用三维动态颗粒分析仪(3D-PDA)对气流床内的速度场进行了测量,同时使用Fluent软件,采用κ-ε模型对气流床内的流动情况进行了模拟研究,模拟结果与实验结果能较好地吻合。结果显示:多射流锥形对撞气流床内的流体流动分为对撞区、射流区、回流区和管流区,在考察范围内,随着进气速度的增加,回流区的体积占比先增大后减小;随中心喷嘴携带气速度的增加,射流区速度增大,且较进气速度的影响更为敏感;适当增加进气角度,则会降低射流区速度,增大回流区体积。     

水煤浆气化过程中残碳量计算模型

基于气化炉大型冷模实验的研究结果和煤气化过程的特点,分析了气流床水煤浆气化炉内各个区域的流动与化学反应特征,建立了水煤浆气化过程中残碳量的计算模型,考察了煤的挥发分、煤颗粒平均直径以及气化炉平均停留时间对残碳量的影响。计算结果表明,平均停留时间增加,残碳量减小;在相同的平均停留时间和颗粒平均直径下,煤中挥发分增加,出气化炉残碳量减小;在相同的平均停留时间和挥发分含量下,煤浆中煤颗粒平均直径减小,出气化炉残碳量减小。     

黏结性碎煤射流预氧化破黏与流化

具有黏结性(黏结性指数10~30)并高灰的劣质煤,如洗中煤难于适应于现有气化技术,但焦化等行业对这些煤的气化高价值利用具有极大的需求。中国科学院过程工程研究所提出了黏结性煤射流预氧化流化床气化技术,采用含氧气体向流化床气化炉稀相区喷射供料,有效破除煤的黏结性,同时强化气固接触和气化反应,实现对黏结性劣质煤的高效转化。采用小型射流预氧化流化床反应器,研究了黏结性指数为20的一种煤通过射流预氧化的破黏与实现流化的效果。分别考察了射流气过量空气系数(ER)和氧浓度(2OC)、加热炉设定温度(T)对预氧化破黏及煤颗粒流化的影响效果,分析了反应器内射流区的温度分布与生成气组成随时间的变化规律,并对预氧化后的半焦进行了电镜观测和气化反应活性测试及傅里叶红外分析。结果表明,在流化床中通过射流预氧化有效破黏、实现黏结性煤颗粒流化的工艺条件为:T950℃,2OC=21%,ER0.1。在有效破黏的条件下射流区内的温度变化平稳,生成气中H2与CO含量较低,波动较小,而结焦条件下射流区内温度逐渐下降,生成气中H2与CO含量增加。经历结焦的半焦表面生成了黏结性物质,而经过预氧化成功破黏后的半焦其表面大部分官能团消失。     

气流床煤气化的技术开发和经济前景

前言至今在工业规模上已建立的煤气化方法,按照煤与气态气化介质相接触的不同原则,可分为三类:1.固定床:气化介质流经块煤床。由于是逆向流动,故热能利用率好。另一方面,产生的粗煤气仍然含有焦油、高级烃和酚类等煤馏出物。如鲁奇加压气化炉。2.流化床:粉煤暴露在气化介质中,形成流化床。由于在流化床中传质和传热效率都高,故这种气化炉的单位可用容积     

固定床熔渣气化高速射流区气固运动行为研究

为研究固定床熔渣气化炉中气化剂喷嘴安装角度、喷嘴口径、气化剂射流速度与高速射流区深度的关系,利用模化原理对工业级气化炉高速射流区建立50 cm二维冷态模型,采用精密皮托管测量颗粒床层中的气体速度分布,并采用无量纲分析方法,对试验数据进行处理。结果表明:射流穿透深度与喷嘴口径的二次方大致成正比关系;射流深度随喷嘴安装角度的增大呈现先增加后减小的趋势,使得射流深度最大的安装角度为17°~20°;射流深度随射流气速增加呈增大趋势,并拟合出气化剂喷嘴安装角度、射流速度、喷嘴口径与射流区深度的无量纲关系式。     

年产40亿m~3煤制天然气气化工艺及装备选型

某年产40亿m3煤制天然气项目配置煤炭资源拟定为准中矿区的房子梁井田和达赖梁井田,为选择适合这2个井田煤炭煤质的气化工艺和技术设备,对目前工业广泛采用的3种煤气化工艺类型,包括移动床气化工艺、流化床气化工艺和气流床气化工艺的具体技术特点进行分析,系统论述了各种技术代表气化炉类型以及商业运行情况。同时,对项目配套煤炭资源煤质进行了详细分析。结果表明:仅有固态排渣移动床碎煤加压气化炉(简称碎煤炉)适合配置煤种,其中房子梁井田煤质完全适合,达赖梁井田煤质相对适合。根据内蒙地区煤炭的1∶1配置政策,项目所配原料煤中的粉煤必须也用于煤制气原料,气化工艺可考虑"双气头"方案,即移动床气化技术与气流床气化技术搭配。     

流化床工业气化试验工艺计算过程分析

流化床气化技术的开发和工业化可以消化我国大量的高灰粉煤。工艺计算是设计和开发大规模流化床气化炉的基础。本文以长焰煤流化床气化试验数据为依据,探讨了工艺计算过程中粗煤气含水量的计算方法,对试验过程进行物料和热量计算,获得各项技术经济指标。研究表明,元素守恒法可以方便地对流化床气化炉进行过程衡算,煤气含水量可以用氧平衡、氢平衡或净煤气量及其组成计算和验证;进入水洗部分的炭量可以利用返算法计算。长焰煤自身具有易风化,易碎裂的特点,加上床层高度较高和流化速度较大进一步加剧了细颗粒的带出,造成炭损失较大,煤气效率低。研究结果可以对气化炉的操作提供参考,也为流化床的研究和开发提供工程借鉴。     

黏结性碎煤射流预氧化破黏与流化

具有黏结性（黏结性指数10~30）并高灰的劣质煤,如洗中煤难于适应于现有气化技术,但焦化等行业对这些煤的气化高价值利用具有极大的需求。中国科学院过程工程研究所提出了黏结性煤射流预氧化流化床气化技术,采用含氧气体向流化床气化炉稀相区喷射供料,有效破除煤的黏结性,同时强化气固接触和气化反应,实现对黏结性劣质煤的高效转化。采用小型射流预氧化流化床反应器,研究了黏结性指数为20的一种煤通过射流预氧化的破黏与实现流化的效果。分别考察了射流气过量空气系数（ER）和氧浓度（C_O2）、加热炉设定温度（T）对预氧化破黏及煤颗粒流化的影响效果,分析了反应器内射流区的温度分布与生成气组成随时间的变化规律,并对预氧化后的半焦进行了电镜观测和气化反应活性测试及傅里叶红外分析。结果表明,在流化床中通过射流预氧化有效破黏、实现黏结性煤颗粒流化的工艺条件为：T > 950℃,C_O2=21%,ER > 0.1。在有效破黏的条件下射流区内的温度变化平稳,生成气中H₂与CO含量较低,波动较小,而结焦条件下射流区内温度逐渐下降,生成气中H₂与CO含量增加。经历结焦的半焦表面生成了黏结性物质,而经过预氧化成功破黏后的半焦其表面大部分官能团消失。     

义马高灰粉煤的工业气化过程稳定性分析

针对目前我国能源短缺及高灰粉煤难以有效利用的现状,选用义马跃进矿煤为原料,结合其煤质特点,对其合适的高效利用方式进行了探讨,提出了利用流化床气化是比较适宜的加工利用方式,并且在内径3.0m,高16 m的工业化气化炉上进行了工业化实验验证.通过对工业化实验的稳定性进行分析,发现在气化过程过中气化炉温度、压力、煤气产率及其组成波动较小,气化炉基本处于稳态运行(尤其在100％负荷下),进一步验证了选用流化床气化加工跃进煤的可行性.     

流化床燃烧/气化器内流动特性

以灰熔聚流化床粉煤气化工艺为背景,概括了射流床内床层动力学、射流特性以及密相中的气泡性质的研究进展。旨在为该工艺过程的工业化放大和实际操作提供必要的参考和有益的信息。     

锥形分布板射流流化床CFD模拟及参数分析

采用双流体模型结合颗粒动力学理论,对锥形分布板射流流化床内气固流动行为进行了三维的计算流体力学(CFD)模拟研究,系统分析了曳力模型、恢复系数和颗粒间摩擦力对射流流化床膨胀高度和气泡动力学行为的影响.结果表明,Syamlal-O'Brien和Gidaspow曳力模型低估了床内实际曳力,从而导致模拟膨胀高度低于实验值,而Modified Syamlal-O'Brien曳力模型能更好地预测床内实际曳力,计算结果与实验值吻合得较好;恢复系数对于射流流化床内气泡动力学行为有着重要影响,气泡的大小、上升速率和产生频率均随着恢复系数的增加而减小;颗粒间的摩擦力也是影响床层膨胀高度和床内气泡产生的重要因素.     

流化床和气流床气化技术综述（上）

较全面的概述了以煤为原料的流化床、气流床及间歇式常压流化床气化法的工艺流程、技术特点、气化炉结构和部分工艺参数等。     

生物质与煤流化床催化气化制富氢燃气的研究

基于煤参与生物质气化尚无工业化示范装置的运行数据,采用单一流化床二步法,以水蒸气为气化剂,在自行研制的流化床气化炉试验装置上对生物质与煤催化气化制取富氢燃气进行了试验研究。探讨了反应温度、钙碳摩尔比和水碳摩尔比等工艺参数对燃气组分的影响。试验结果表明,该气化技术不仅可以稳定地获得富含氢的燃气,而且具有实用性和可操作性;增加反应温度、钙碳摩尔比和水碳摩尔比均能增加燃气中氢的浓度。     

破裂气泡径对流化床自由空间内气流速度不规则脉动的影响

本研究用热丝风速仪、实时间相关器测定了流化床自由空间内气流脉动速度的轴向和径向分布。据据定常湍流射流的特性加以类推,以气泡直径D_b和离床表面的高度Z为参数,整理了实验结果。从而得到了脉动速度的简洁表达式,并提出了流化床输送出口高度T.D.H.的推算公式。本公式的计算结果与Zenz的计算线图所得的值非常相吻。本文为流化床自由空间的微粒子输送过程的模型化提供了理论、实验依据,并可用来推算流化床输送出口高度T.D.H.。     

CFD-DEM模型并行化及其在流化床气固流动中的应用

提出广义区域覆盖法用于定位计算节点区域,利用Fluent软件的UDFs实现颗粒信息在计算节点间高效、准确地传递,建立了适用于非正交网格的CFD-DEM模型并行求解方法,在探讨并行模型计算效率的基础上对埋管流化床和单孔射流流化床内的气泡行为及双支腿流化床半床间的颗粒交换行为进行了数值模拟研究并对比实验结果。结果表明:CFD-DEM模型并行求解方法能够快速传递及收集计算节点内的颗粒信息;广义区域覆盖法降低了颗粒在计算节点内的定位时间,提高了模型的并行计算效率;能够捕获与Rong等一致的埋管周围气泡行为(其频率约为3 Hz),获得了与Bokkers等结果接近的单孔射流气泡尺寸及颗粒速度矢量分布,双支腿流化床半床间颗粒交换行为与实验结果一致,第一主频约为1 Hz,第二主频大于2 Hz。     

沸腾转化催化剂床内气泡特性研究与工业反应器的模拟和优化

在直径190mm的有机玻璃塔内,对填装0.27～0.79mm的以球形硅胶为载体的钒催化剂(B类粒子)流化床进行了实验研究。用直射式光纤探头连接微机采样和分析。结果表明,气泡直径和上升速度与A类粒子流化床获得的关联式基本相符。但气泡分率随床高增加而明显增加。根据实验结果,确定了B类粒子流化床反应器的模型参数。用两相平推流模型与本研究所获得的气泡参数及反应动力学方程相结合,对直径为1500mm的工业反应器进行了模拟,得到令人满意的结果,并进一步优化了工业操作条件。     

基于PIV技术的七喷嘴气化炉流场研究

为研究七喷嘴气化炉的流场分布,建立了顶置七喷嘴气化冷模试验装置,采用激光粒子成像测速系统(PIV)在气化炉的上部、中部及下部视窗进行了流场测试,比较分析了颗粒流量、分散风流量对气化炉流场的影响。结果表明,在颗粒流量20~150 kg/h,分散风流量740~880 m3/h的工艺条件下,气化炉上部流场呈现自由射流特点,射流长度为40 cm,平均射流速度为25 m/s,中下部流场则以返混区为主,流速在8 m/s以下;颗粒流量增大会使得最大射流速度由40 m/s降低至15 m/s,且气化炉上部射流粒子束的径向脉动增强,造成射流弥散;分散风流量增大使得最大射流速度由25 m/s增至35 m/s,射流长度无明显变化。颗粒流量和分散风流量对流场的影响主要体现在气化炉上部,对中下部流场的影响逐渐减弱。