球型热载体回转窑褐煤热解过程的传热模型

为了了解热载体球煤粉热解过程的传热机理,建立了热载体球回转窑褐煤热解的传热模型并进行了模拟。结果表明:在热载体和煤的初始温度分别为973.15K和373.15K,煤粒径为6mm,热载体与煤质量比为6时,在330s后系统温度达到平衡,约786K。煤颗粒密度的变化以及热解气与热载体对流换热对系统的温度变化的影响较小,反应热对传热速率和平衡温度影响较大。     

煤固体热载体流化干馏实验研究

在实验室小型煤—固体热载体流化干馏装置上,以半焦为热载体,氮气为流化载气,对神木煤做了热解特性评价实验,考察了反应温度、反应时间及热载体/煤质量比对热解产物产率的影响;结果表明,神木煤流化干馏最佳操作条件为:反应温度550℃,反应时间6 min,热载体/煤质量比为2∶1;在最佳操作条件下,油收率为12.51%,比铝甑含油率高35%。     

FD模型应用于煤热解过程的数值模拟

为将煤热解FD模型引入对煤热解实际过程的数值计算与分析,提出了适用于煤热解实际过程的数值计算方法。分别对3种不同的煤在热管反应器中的热解过程进行了数值计算,并与实验结果以及已有的FG-DVC模型、CPD模型的数值计算结果进行了对比分析。并分析了热解温度、颗粒粒径对煤热解产物的影响。结果表明,与FG-DVC模型、CPD模型相比,FD模型的计算精度更高,能更好地用于数值计算煤热解的实际过程;随着热解温度的升高,气体产量先快速增大,当热解温度高于1373 K时,气体产量的变化很小;而随着热解温度的升高,焦油产量一直逐渐减小,且达到焦油产量最大值所需的时间也缩短;随着颗粒粒径的增大,气体与焦油的产量都逐渐减小,而达到焦油产量最大值所需的时间却延长。     

FD模型应用于煤热解过程的数值模拟

为将煤热解FD模型引入对煤热解实际过程的数值计算与分析,提出了适用于煤热解实际过程的数值计算方法。分别对3种不同的煤在热管反应器中的热解过程进行了数值计算,并与实验结果以及已有的FG-DVC模型、CPD模型的数值计算结果进行了对比分析。并分析了热解温度、颗粒粒径对煤热解产物的影响。结果表明,与FG-DVC模型、CPD模型相比,FD模型的计算精度更高,能更好地用于数值计算煤热解的实际过程;随着热解温度的升高,气体产量先快速增大,当热解温度高于1373 K时,气体产量的变化很小;而随着热解温度的升高,焦油产量一直逐渐减小,且达到焦油产量最大值所需的时间也缩短;随着颗粒粒径的增大,气体与焦油的产量都逐渐减小,而达到焦油产量最大值所需的时间却延长。     

兰炭制备新工艺流程模拟

针对工业化兰炭生产中存在的粉煤资源利用率低和煤气热值低的问题,提出一种全粒径煤制备兰炭新工艺。其由干燥与分级、粉煤气化和块煤热解等单元构成。原料煤以烟气为干燥和分级介质,粉煤气化采用H_2O和O_2为气化剂,气化半焦为循环热载体;块煤热解以气化煤气为热载体。同时,块煤和兰炭作颗粒层除尘的滤料原位捕集煤气携带的粉尘。利用AspenPlus模拟软件构建了工艺流程模型,通过灵敏度分析确定了热解温度为600℃的兰炭制备工艺实现能量自平衡的工艺参数范围。在粉煤与块煤质量比4,气化温度800℃,H_2O/C 0.83,O_2/C 0.44,燃烧温度1 000℃和循环比3.89的条件下,能量自平衡工艺中粉煤气化所需热量的80.5%由循环半焦提供,块煤热解所需热量的77.0%由气化煤气提供。     

煤热解技术及其运行影响因素分析

系统阐述了低阶煤热解的基本过程以及低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP）的优势,探讨了煤热解反应的影响因素：原料煤性质、煤样粒径、热解温度、热解升温速率、热解压力、停留时间、气速、粉焦循环量等,并对煤热解技术的发展前景进行了展望。     

微负压系统中不同粒径煤粉热解半焦特性研究

为了研究煤粉粒径对煤快速热解半焦特性的影响,对微负压系统中煤快速热解产生半焦的收率、灰分、挥发分含量和结构等特性进行了分析.结果表明,随着粒径增加,煤粉热解的活化能逐渐增加,低温区大粒径煤粉热解挥发分逸出量高于小粒径煤粉逸出量.热解半焦收率随着煤粉粒径减小逐渐增加,挥发分中焦油收率却随着煤粉粒径的减小而增加.小粒径煤热解生成的半焦结晶程度较低,边缘碳原子和其他缺陷较多,半焦炭层结构较不致密.极小颗粒中矿物质含量较高导致煤粉粒径越小,所得半焦的灰分含量越高,大粒径煤粉由于在低温区间失重速率快,挥发分逸出量大而导致半焦中残余的挥发分含量较低.     

固体热载体法褐煤热解过程中的传质传热特性

为揭示在固定床反应器中固体热载体法快速热解褐煤工艺过程中的热、质传递机理,建立了固体热载体法褐煤热解过程中的传质传热模型。模型包括球型颗粒的一维非稳态导热方程和基于分布活化能模型的动力学模块,分别采用有限容积法与Matlab软件中遗传算法工具箱对二者进行数值计算。通过呼伦贝尔褐煤热重实验数据与温度测定实验数据分别验证了预测的动力学参数及颗粒传热模型结果。研究发现,热、质变化在固体热载体法褐煤热解工艺中呈现复杂的耦合特性。此外,考察了在不同初始温度、热载体进料比与煤颗粒半径条件下,褐煤在热解过程中颗粒内部温度场在径向上随时间的变化规律,并分析了产物释放速率与温度场的关联性,结果表明热历程改变是工艺条件对热解产物分布造成影响的根本原因。     

低温煤焦油萃取-热解神府煤耦合新工艺研究

以煤的衍生溶剂——低温干馏煤焦油为萃取剂,对神府煤进行溶剂萃取-热解处理,考察了溶剂体系、萃取温度、溶煤比和时间4个因素对神府煤总转化率的影响。结果表明:以低温煤焦油的200℃~360℃馏分作萃取溶剂、在萃取温度200℃、溶煤质量比4:1、萃取时间30 min的工艺条件下,可以使神府煤的总转化率达到35%左右。     

煤颗粒燃烧过程中的热解及焦燃烧行为模拟研究

为研究煤颗粒在燃烧过程中的热解与焦燃烧行为,给解耦燃烧装置的设计和优化提供参考,基于煤燃烧过程的不同阶段(干燥阶段、热解阶段、焦燃烧阶段),结合传热传质过程和反应动力学机理,建立了单颗粒煤燃烧模型。利用该模型,分析了煤在燃烧过程中颗粒内部温度、气体组分的演化过程,以及热解阶段和焦燃烧阶段的耦合关系。结果表明,在煤燃烧过程中,靠近颗粒表面处焦的燃烧提高了颗粒内部焦燃烧的初始反应温度,导致颗粒可达到的最高温度出现在颗粒中心处;随着颗粒尺寸的增加,热解时间和总燃烧时间的差值增加,该趋势对于粒径大于4 mm的煤颗粒更加明显,意味着在解耦燃烧实际应用中应选用粒径大于4 mm的煤颗粒。     

Process characteristics investigation of simulated circulating fluidized bed combustion combined with coal pyrolysis

A poly-generation process of simulated circulating fluidized bed (CFB) combustion combined with coal pyrolysis was developed in a laboratory scale. Pyrolysis characteristics of three bituminous coals with high volatile contents were investigated in a fixed bed with capacity of 10 kg solid samples. The effects of initial temperature of solid heat carrier, pyrolysis holding time, blending (ash/coal) ratio and coal particle size on gas and tar yields were studied experimentally. The results indicate that the initial temperature of the heat carrier is the key factor that affects the gas and tar yield, and the gas composition. Most of the gas and the tar are released during the first few minutes of the pyrolysis holding time. For caking coal, the amount of char agglomerating on the pyrolyzer inner wall is reduced by enhancing the blending ratio. The experimental results may provide basic engineering data or information for the process design of CFB combustion combined with coal pyrolysis in a large scale.     

松木屑颗粒热解过程中的热/质传递规律

为探索在固定床反应器中有机固废颗粒热解过程中的热量、质量传递机理,本研究从颗粒尺度上对有机固废松木屑颗粒热解过程建模分析,模型中考虑了焦油的二次裂解反应及挥发分在颗粒孔隙中的质量、动量传递过程,并采用达西定律模拟了挥发分在颗粒孔隙内的流动现象,对颗粒热解过程的吸热反应以及挥发分逸出时的对流换热对颗粒温度的影响进行考察。基于两步反应动力学模型,探讨了不同颗粒尺寸、热解温度对有机固废松木屑颗粒热解过程的影响。结果表明,热解吸热反应和挥发分的对流换热阻碍了热量向颗粒中心的传递,延长了颗粒达到均温的时间;松木屑颗粒热解时,颗粒内会存在明显的温度梯度,在颗粒表面主要受化学反应动力学限制,在颗粒内部则主要受热量传递过程限制。此外,热解温度越低,粒径越大,颗粒内部的传热阻力越大。松木屑颗粒完全热解所需时间会随着颗粒粒径的增大而增加,但当颗粒粒径在10mm以上时,随着颗粒粒径的增大,颗粒完全热解所需时间的增量要大于10mm以下颗粒。     

Experimental studies on pyrolysis of Datong coal with solid heat carrier in a fixed bed

An experimental apparatus was set up for batch simulation of coal pyrolysis with solid heat carrier in a fixed bed. Quartz sand as heat carrier preheated to about 700–800°C was mixed with Datong bituminous coal by an agitator. The thermal history of the coal particle has been followed by a K-type thermocouple. The effects of particle size, pyrolysis time and temperature on the gas yield during pyrolysis of coal with solid heat carrier were examined for different conditions. The experimental results showed that a dominant percentage of the gas product is produced during the first 1–3 min, although gas evolution would last for as long as 10 min. The total gas yield, insensitive to particle size of the heat carrier, depends on carrier temperature and coal particle size under tested conditions. The contact heat transfer of cold and hot particles was analyzed.     

Simulation of coal pyrolysis by solid heat carrier in a moving-bed pyrolyzer

A one-dimensional, steady state, numerical model for coal pyrolysis by solid heat carrier in moving-bed has been developed. The multiple-reaction model of coal pyrolysis and the gas–solid–solid three phases heat transfer theory in packed bed have been applied to account for the pyrolysis process. The results show that the axial temperature distribution of the coal particles increase with a heating rate more than 600 K/min. Coal particle size has significant influence on the heating rate, while blending ratio is the determinant factor of pyrolysis temperature. Given the main operating parameters, product distributions (H₂, CO, CH₄, tar, etc) are calculated by the model. The modeling results are found to agree the experimental data using a moving-bed pyrolyzer with processing capacity 10 kg h^?1 of coal.     

移动床中内构件对煤热解反应过程调控作用

在外热式内构件（多级折流板和多段集气管）移动床反应器内研究了淖毛湖煤的热解特性,并与常规固定床反应器中煤热解行为进行对比,考察了两反应器内的传热速率以及热解温度对产物分布、热解气组成、焦油组成和品质等影响规律。结果表明：在450℃低温热解时,煤颗粒在内构件移动床内的升温时间比固定床缩短了60%以上,内构件具有显著提高反应器内颗粒间传热速率的作用。随着热解温度的升高,热解气中的C₂H₄/C₂H₆和C₃H₆/C₃H₈的比值变大,挥发分的二次反应程度加大,但裂解程度低于固定床。内构件移动床中的焦油产率随温度的升高先增加后降低,在550℃时达到最高为10.8%（质量分数）,比固定床增高约28.6%。当热解温度越高时,移动床所产焦油中的沥青质组分含量越低,在750℃时焦油中轻质组分质量分数达到85.17%,脂肪烃含量降低到了28.00%。通过与固定床对比,揭示了内构件（多级折流板和集气管）调控淖毛湖煤热解反应并提高热解焦油产率和品质的作用。     

陕北煤低温干馏生产工艺及改进建议

结合陕北地区煤低温干馏生产工艺现状,提出了煤低温热解工艺的改进方案。对国内外几种典型的固体热载体煤干馏工艺进行了比较和评述,针对目前陕北地区煤炭资源综合利用和环境保护的需要,认为循环流化床燃烧和煤炭低温热解的集成工艺具有良好的发展前景。     

煤粉高温快速裂解过程的颗粒内部传递行为

热等离子体裂解煤制乙炔为超高温毫秒级反应过程,煤粉升温及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率和经济性。建立了描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,综合考虑了颗粒自身导热阻力及挥发分逸出煤粉所伴生的热阻效应。模型预测表明颗粒内部传热阻力显著影响煤粉的热裂解过程,与忽略颗粒内部传热阻力相比,脱挥发分时间减慢30%～40%,且颗粒粒径增大该影响越加明显;提高供热流体温度可加速、加强煤裂解反应深度。针对毫秒级煤裂解过程,大于100μm的煤粉或者低于2000K的热流体温度均难于实现满意的脱挥发分行为,所得结果为反应器的设计和操作提供了重要的指导。     

Pyrolysis of single large biomass particle: Simulation and experiments

Pyrolysis and heat transfer characteristics of single large biomass particle were investigated using three-dimensional unsteady heat transfer model coupled with chemical reactions. The consumption of biomass and the production of products were simulated. Some experiments were designed to provide model parameters for simulation calculations. The simulation was verified by pyrolysis experiments of large biomass particle in a vertical tube furnace. The simulation results show the internal heat and mass transfer law during the pyrolysis of large biomass particle. When the biomass particle diameter is between 10 and 30 mm, for every 5 mm increase in particle diameter, the time required for complete pyrolysis will increase on average by about 50 s. When the pyrolysis temperature is between 673 K and 873 K, a slight decrease in the pyrolysis temperature will cause the time required for the biomass to fully pyrolyze to rise significantly. And the phenomenon is more obvious in the low temperature range. The results indicate that the numerical simulation agrees well with the experimental results.     

褐煤固体热载体热解提质工艺进展

介绍了国内外几种典型的褐煤固体热载体热解提质工艺,并从原理、操作条件、原料、热解产品、能量利用率、局限性等方面对各种工艺进行了分析对比;分析了工业上常用的固体热载体的优缺点,提出了褐煤固体热载体热解技术的发展方向。