利用液态CO2提高水煤浆煤水配比对气化效果影响的数值模拟

提高水煤浆气化碳转化率和冷煤气效率，是强化气化过程的必然结果。利用FLUENT软件平台，该文用数值模拟方法模拟了水煤浆气化过程中水煤浆煤、水配比和氧、碳原子比对气化过程和出口煤气成分的影响；尤其是研究了利用添加液态CO2的方法提高水煤浆煤、水配比，对提高气化炉碳转化率和冷煤气效率的影响。模拟结果显示：随着液态CO2浓度的不断升高，煤气成分中CO大幅上升，H2略有降低，CO2浓度升高；气化炉的碳转化率和冷煤气效率都有较大幅度提高，分别达到最大值98.58%、76.74%，比原工况分别提高了3.7%、6.1%；气化炉温度先降低后变化趋缓。结果证明添加液态CO2后强化了气化炉内的二次反应，提高了焦炭燃烧速率。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

两段式干煤粉加压气化技术中试研究

大型煤气化技术是整体煤气化联合循环发电(IGCC)和煤基多联产系统的核心技术。西安热工研究院有限公司在10多年研究开发的基础上,依靠国家863计划的资助,主持建成了36～40t/d(10MW)的两段式干煤粉加压气流床气化中试装置,并且完成了中试试验研究。结果表明该气化技术具有冷煤气效率高、比氧耗小、煤气有效气成分高等优点,证明了两段式干煤粉气化技术具有良好的煤种适应性、先进的气化指标以及安全稳定的运行性能,为该项技术的大规模工业化发展奠定了坚实的基础。     

基于两段式水煤浆气化的IGCC系统变工况特性

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)机组在一定情况下处于非设计工况运行。为了研究IGCC系统变工况特性,采用ThermoFlex软件建立基于两段式水煤浆气化技术的200 MW级整体煤气化联合循环系统模型,主要考查燃气轮机负荷、整体空分系数Xas、大气温度、大气压力对系统性能的影响。研究结果表明,降低燃气轮机负荷或者提高大气温度系统效率均呈先升高而后降低的趋势。整体空分系数Xas增加,机组发电效率降低。大气压力对系统效率影响较小。上述条件下采用两段水煤浆气化技术,系统性能可以得到有效改善。研究结果可为采用两段式水煤浆气化技术的IGCC系统的设计、运行提供参考。     

两段式干煤粉加压气化技术的研究开发

大型煤气化是煤气化联合循环发电及多联产系统的核心技术，介绍了大容量化的先进的干煤粉加压气化技术。我国目前尚不具备设计、制造大型干煤粉加压气化炉的能力，为此，西安热工研究院开发出了具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气流床气化技术，并进行了试验研究。结果表明两段式干煤粉加压气化炉的冷煤气效率比国外的技术可提高2～3个百分点,比氧耗减小，自耗功大幅度降低，煤气冷却器及净化系统的设备尺寸减小，造价降低。36～40t/h的半工业性装置的多煤种试验已累计运行2000h，为该技术的工业化奠定了基础。并介绍了目前正在开发中的1000t/d气化炉，将于2008年建成投运。     

钾盐添加量及煤焦粒度对两段组合式气化工艺的影响

高效能两段组合式煤气化工艺能有效利用高温煤气显热,以提高现有气流床气化技术的冷煤气效率。在两段组合式煤气化炉热态实验装置上,考察了二段床层不同粒径范围煤焦的气化反应性,实验得出,最优粒径范围为10~15mm。该粒径范围下,二氧化碳累积转化率达10%,其反应速率在反应30 min时达到峰值,床层平均温降最高,达到402.4℃。文中还研究了钾盐添加量对二段煤焦气化反应性能的影响,钾的添加量应大于5%才能明显体现其良好催化效果。碳酸钾用量在8%下的催化效果显著,二段出口有效气体浓度和碳转化率等参数提高明显,二氧化碳累积转化率为19%。此工艺有效实现CO2减排和资源化利用,环境效益良好。     

二段式干煤粉气流床气化技术的模拟研究与分析

提出了将煤的热解模型、气固间非均相反应模型和气相间均相反应模型与ASPEN PLUS图形建模法相结合的二段式干煤粉气流床气化工艺的模拟计算方法，并对其性能进行了模拟研究与分析。模拟研究表明，二段式干煤粉气流床气化工艺可以降低出口煤气的温度，为简化工艺过程，降低煤气冷却器的几何尺寸提供了可能。采用该气化方式可以提高气化炉的冷煤气效率2～6个百分点。     

两段式干煤粉加压气流床气化试验研究

介绍了西安热工研究院有限公司36 t/d加压气流床气化中试装置主要设备、工艺流程及工艺条件,给出了3个煤种在3.0 MPa条件下,一段投煤与两段投煤气化试验结果的主要数据。试验结果表明,两段式气化过程优于一段式气化过程。     

两段式水煤浆气化炉负荷变化对IGCC系统性能的影响

采用ThermoFlex软件建立了基于两段式水煤浆气化技术的200MW级整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型,研究了气化炉负荷变化对燃气轮机组、汽轮机组和IGCC系统性能的影响。结果表明,气化炉在较高负荷(100%、90%)工况下运行时,提高其二段给煤率γsc可以提高主蒸汽和再热蒸汽温度,降低厂用电率,使系统发电效率和供电效率得到提高;气化炉在低负荷(80%、70%、60%)工况下运行时,其γsc的变化对燃汽轮机(燃机)入口温度、排气温度、燃机发电率的影响较小,IGCC系统发电效率和供电效率随二段给煤率的升高呈先升高后降低的趋势,此时系统性能优势不明显。     

基于生物质与煤共气化的系统模拟分析

对所构建的生物质与煤共气化系统进行了流程模拟,研究气化反应温度、生物质掺混比wbio和水蒸气与生物质的质量比S/B对气化特性及热力学性能的影响规律.结果表明,提高气化反应温度和S/B将在一定程度上降低气化合成气的热值和气化效率,其主要原因是反应过程的热能消耗同步增加,即更多的原料化学能被释放出来.相对于煤单独气化过程,掺混一定比例的生物质会降低气化效率,但有利于提高合成气的热值,降低污染物的排放量.     

用简化PDF模型对气化炉运行特性的分析

应用CFD(computational fluid dynamics) 软件FLUENT对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行三维数值模拟，计算采用贴体网格，简化PDF方法模拟湍流燃烧，编制UDF分别考虑了焦炭同O2、H2O、CO2和H2的反应。计算考察了改变水煤浆浓度及[C]/[O]原子比等重要参数对气化炉运行特性的影响。焦炭仅同氧气反应时的转化率为32%, 而总转化率为95%，说明焦炭同H2O、CO2和H2的异相反应在气化过程中占重要作用；煤粉粒度越大，碳转化率越低，粒度为175 mm时，碳转化率仅为72%；气化温度是影响气化反应的决定性因素。随着水煤浆浓度的增高，CO摩尔分数明显升高、H2O和CO2摩尔分数明显降低，H2摩尔分数略有降低。随着[O]/[C]原子比的增加，H2摩尔分数明显降低，CO和CO2摩尔分数几本不变。出口温度和碳转化率随煤浆浓度和[O]/[C]原子比的增加而增高。冷煤气效率随煤浆浓度的提高而提高，随[O]/[C]比的增加会在1~1.05之间出现峰值。     

流化床常压空气部分气化和半焦燃烧的试验研究

为进行煤的多联产方案研究,在1 MW循环流化床热电气多联产试验装置上,选取兖州煤、大同煤为试验煤种进行了部分空气气化和半焦燃烧试验。试验结果表明,空气部分气化方案得到的煤气热值较低,为3~5 MJ/m3,在气化炉中的碳转化率为40%~70%,剩余半焦被送入循环流化床反应器中燃烧,该系统的总体转化效率为90%左右。气化炉床层温度对气化炉碳转化率影响较大,随着温度升高其碳转化率明显提高,而燃烧炉燃烧效率呈下降趋势。石灰石的加入除了对焦油的裂解有一定的促进作用外,还具有脱除硫化氢作用,当[Ca]/[S]为3时,脱硫效率为90%。气化炉的给煤量、燃烧炉运行温度随气化炉鼓风温度提高而增加。     

两种煤气化工艺下Ni基载氧体链式燃烧联合循环性能模拟

化学链燃烧能在能量释放的同时有效分离CO2。该文用ASPEN PLUS软件对Ni/NiO/NiAl2O4作载氧体的整体煤气化链式燃烧联合循环系统进行了模拟，研究了管式气化方式和德士古(Texaco)气化方式对联合循环系统性能的影响，并对2种气化系统进行了比较。模拟结果表明，空气反应器温度1 200℃，补燃后透平进口温度1 350 ℃，管式气化系统效率为44.36%，德士古气化系统效率为41.81%；空气反应器温度从1 000 ℃升高到1 200 ℃，管式气化系统CO2减排量从174 g/(kW×h)减少到75 g/(kW×h)，德士古气化系统CO2减排量从260 g/(kW×h)减少到133 g/(kW×h)；补燃后透平进口温度从1 300 ℃升高到1 500 ℃，管式气化系统效率从43.96%提高到45.53%，德士古气化系统效率从41.14%提高到42.9%；在一定的透平进口温度下，存在最佳压气机压缩比。     

新型近零排放煤气化燃烧利用系统的优化及性能预测

针对所构建的以CO2接受体法气化为基础的新型近零排放煤气化燃烧利用系统,以热力学平衡计算软件包FactSage5.2来预测气化炉及燃烧炉的产物组成。在此基础上建立了基于物质平衡、能量平衡的系统效率计算方法。以提高系统效率为目标,对系统压力和气化炉碳转化率这两个重要参数进行了优化。结果表明,系统效率随操作压力和气化炉碳转化率增加而呈上升趋势。在综合考察压力和碳转化率对系统效率、气化炉和燃烧炉性能的影响规律后,比较合适的系统压力和气化炉碳转化率分别为2.5MPa和0.7。在该运行参数下,系统发电效率达到了62.1%。若采用先进的氧离子输送膜(ITM)制氧方法,系统效率可提高1.3%。     

整体煤气化联合循环发电系统理论优化分析研究

整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是煤气化技术和联合循环发电技术有机结合的先进动力系统,具有效率高、环保性能好等优点,是世界上具有良好发展前途的先进洁净煤发电技术之一。通过分析IGCC系统的供电效率,提出了优化目标函数,通过研究气化岛系统、燃气岛系统和常规岛系统的质量和能量平衡,提出了IGCC系统的理论优化模型,从而得出了IGCC系统的优化内容,并给出了优化思路。     

国内气流床煤气化技术的发展及应用现状

煤气化技术是燃煤联合循环、煤化工、综合利用系统和零排放系统的关键技术之一。目前，国外煤气化技术已进入中国市场并取得一定业绩，我国自主煤气化技术也发展迅速，以水煤浆气化为代表的国产煤气化技术已达到世界先进水平。分别从技术进展、工艺流程、技术特点和指标及工程应用现状4个方面详细介绍了国内几种典型的气流床煤气化技术，并分别与国外的气化技术进行了比较。