煤粉掺混煤液化残渣萃余物的气力输送压降特性研究

为研究煤直接液化残渣萃余物与煤混合后的气力输送压降特性,本文在最大操作压力6 MPa,输送管道内径DN25和DN15的气力输送装置上,针对两种粉体M1(煤粉)和M2(煤粉掺混20%萃余物的混合粉体)展开了多工况的实验研究。结果表明:掺混萃余物会导致水平直管的压降大小和压降波动性增大,且在低气速区域该现象更为明显;采用水力光滑管计算公式来计算气相摩擦因数,当表观气速大于8 m/s时,压降计算值与实验值有较大误差,通过最小二乘法对气相压降进行优化计算后,得到DN25和DN15管道的壁面粗糙度分别为0.015 mm和0.013 mm,气相压降计算误差小于10%;通过量纲分析法得到颗粒相摩擦因数模型,M1和M2的压降计算值与实验值误差在30%以内;在低弗洛德数(Fr)下,M2的颗粒相摩擦因数明显高于M1,而随着Fr的增大,两者则趋向一致;气相压降是总压降中不可忽略的一部分,随着表观气速的增大,颗粒相压降占比逐渐减小;随着固气比的增大,颗粒相压降逐渐增大。     

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。     

煤粉加压密相输送特性研究

煤粉加压密相输送系统作为粉煤气化工艺的上游系统,直接影响气化炉的稳定、可靠及安全运行。当气化原料煤种发生改变或进行掺混配煤,其煤粉输送特性可能随之改变,对煤粉输送过程的平稳运行有一定影响。为研究干煤粉气化炉供煤系统的工作特性,针对某气化装置混配后的原料煤粉,利用HR指数和FF函数对粉体流动性进行分级表征,然后在内径25和15 mm管径下进行背压2、4和5 MPa的加压密相输送试验,考察了表观气速、输送压力对煤粉流量的影响规律,最后采用煤粉流量的平均波动幅度和最大波动幅度作为煤粉输送过程稳定性的评价指标,对各工艺参数间的波动相关性进行比较分析。结果表明:该原料煤粉的HR指数为1.42,FF函数为2～4。结合流动性分级表,该原料煤粉的流动性位于黏结区,但靠近易流动区;随着表观气速的增大,煤粉流量先增大后减小,在临界气速处煤粉流量最大。当表观气速超过临界气速后,由于气相压降占主体,颗粒相压降减小导致煤粉流量开始降低;输送压力对煤粉流量和流态转换有一定影响。在相同表观气速下,输送压力提高,煤粉流量有下降趋势,在小管径15 mm管道中该规律更为明显。输送压力越高,密相到稀相的流态转换越急剧,根据背压2和4 MPa的输送相图,在临界气速处,25 mm管径下相图曲线的曲率约为15 mm管径下的2倍;煤粉流量的平均波动和最大波动幅度可作为输送稳定性的评价标准。试验范围内,煤粉流量的平均波动幅度小于3%,最大波动幅度小于10%,煤粉流量最大波动幅度约为平均波动幅度的3.4倍,两者间的相关系数为0.948。     

掺混煤液化残渣萃余物对煤粉加压输送的影响规律

将煤液化残渣萃余物(以下简称萃余物)掺混到煤粉中进行共气化是萃余物大规模资源化利用的一种方式,实现萃余物与煤共气化首先要保证该混合物料的加压密相输送过程的稳定及可控。为研究萃余物掺混到煤粉后的加压密相输送规律,针对某气化装置的原料煤粉及该煤粉掺混20%萃余物的混合粉体,首先采用HR指数和FF函数表征方法对两种粉体的流动性进行比较分析,并结合粉体的扫描电镜照片来分析颗粒微观结构对粉体流动性的影响,然后在25 mm内径输送管道中,进行背压(接收罐压力) 4和2 MPa的加压密相输送实验研究,获取粉体质量流量和质量浓度随表观气速变化的输送操作规律,最后以粉体质量流量和水平直管段压差的平均波动和最大波动幅度作为输送稳定性的评价标准,通过大数据分析得到掺混萃余物对粉体输送稳定性的影响规律。结果表明:HR指数和FF函数表征方法均说明掺混20%萃余物会导致粉体的流动性变差;在相同表观气速下,高背压4 MPa下掺混20%萃余物对粉体输送过程的质量流量影响较小,而低背压2 MPa下掺混20%萃余物则会导致粉体输送的质量流量降低;在低表观气速区,掺混20%萃余物会导致输送过程中的粉体质量浓度降低,当表观气速增大至临界气速后,输送混合粉体和煤粉时管道内颗粒的质量浓度相近;当表观气速低于4 m/s时,掺混20%萃余物的粉体输送稳定性不如煤粉,当表观气速增大至4 m/s后,混合粉体的输送稳定性提高至煤粉输送同一水平,其质量流量平均波动幅度小于4%,最大波动幅度小于15%,水平直管段压差平均波动幅度小于8%,最大波动幅度小于40%。     

基于Aspen Plus的煤粉高压气力输送压降研究

为研究煤粉高压气力输送的管道压降,对Aspen plus中气力输送模型的原理及应用进行了详细介绍,首先用Aspen Plus对纯气相压降进行了模拟计算,回归出气相摩擦因子,气相压降模拟值与实测值误差在10%以内,然后在气相压降计算准确的基础上,对DN10 mm、DN15 mm及DN25 mm三种不同管径的气固两相流压降进行模拟计算,回归出颗粒摩擦系数,气/固两相压降的模拟值与实测值误差在30%以内,最后对输送压力(g)为7 MPa的超高压气/固两相流压降进行了预测分析。     

基于Aspen Plus的半焦制浆及气化模拟研究

为考察半焦替代原煤进行水焦浆气化的适应性,参考现有工业数据,建立水煤浆制备与气化工艺的集成模型,针对神木某半焦及原煤,通过实验研究确定半焦及原煤的成浆性,利用经过修正及验证的Aspen Plus模型,将成浆数据作为模型输入,分别对半焦及原煤的气化工艺进行模拟计算,结果表明Aspen Plus模型能够准确模拟气流床气化过程,计算误差在许可范围内;同等制浆条件下,半焦成浆性高出原煤成浆性约7个百分点,水焦浆气化的粗合成气中有效气体积分数达到88.4%,冷煤气效率为79.9%。     

水煤浆气流床的气化能效比较

以神木煤为原料,在设定的操作工况下对5种不同类型的水煤浆气化炉进行了模拟研究,分析了喷嘴类型、气化炉壁面条件、合成气水激冷及废锅等余热回收装置对气化性能的影响,并在此基础上通过氧煤比(氧气与煤的质量比)、比氧耗、比煤耗、冷煤气效率、热效率等指标进行了气化能效比较.结果表明:5种水煤浆气化的比煤耗在540kg煤/1 000m~3(CO+H_2)～560kg煤/1 000m~3(CO+H_2)之间,比氧耗在360m~3O_2/1 000m~3(CO+H_2)～380m~3O_2/1 000m~3(CO+H_2)之间,多喷嘴气化的比煤耗和比氧耗较单喷嘴气化的比煤耗和比氧耗低,碳转化率及冷煤气效率则高约2%;水冷壁炉用于低灰熔点煤,蒸汽产量较少,气化能效指标与热壁炉的气化能效指标相近;废锅可增加气化过程8%～15%的热效率;单辐射废锅较辐射-对流废锅易维护,投资低,且可回收90%以上全废锅的回收热量,是煤气化技术进一步节能增效的发展方向.     

煤质对水煤浆气化性能的影响研究

煤质与气流床气化炉的匹配性至关重要,其不但影响气化炉的运行条件,也影响气化性能。本文选择了10种来自新疆和陕西北部的煤样进行了工业分析、元素分析、灰组成分析、灰熔点分析以及成浆性测试,并筛选出适合水煤浆气化的煤样。同时借助Aspen Plus软件对适合水煤浆气化的煤样在相同的煤浆浓度、碳转化率及操作压力条件下开展煤质对水煤浆气化性能影响的模拟分析。结果表明煤中灰含量越高,冷煤气效率和有效气含量越低,比氧耗和比煤耗越高;煤中O/C质量比和H/C质量比的增加也会导致冷煤气效率和有效气含量降低,比氧耗和比煤耗增加。因此从水煤浆气化经济性考虑,建议水煤浆气化煤质灰含量小于9.0wt%,煤中O/C质量比小于0.173,H/C质量比小于0.065。