喷动流化床煤部分气化数学模型

文中介绍了喷动流化床煤部分气化的原理和国内外数学模型的研究现状，并在此基础上分析了压力对部分气化炉流动和反应的影响。     

温度对中试规模的喷动流化床煤部分气化行为的影响

在构建的热输入2MW的中试规模加压喷动流化床部分气化试验装置上,对徐州烟煤的加压部分气化行为进行了研究.重点考察了气化温度对煤气成分、煤气热值、碳转化率和煤气产率等气化指标的影响.研究结果表明,煤气各组分的浓度,特别是甲烷浓度对气化温度非常敏感,碳转化率和煤气产率随温度的升高而增加,在试验的温度区间内,温度对煤气热值影响不大.部分气化炉所产生的煤气和半焦的热值均满足第二代增压流化床联合循环发电系统的要求.     

加压喷动流化床煤气化数值模拟

建立了基于CFD的三维非稳态喷动流化床煤气化动力学模型.此模型包含气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型和气相间的均相反应模型等子模型.焦炭的非均相反应速率由气体扩散和化学反应动力学共同控制.气体均相反应可以作为二级反应来处理.将试验结果和模拟的计算结果进行了对比,结果表明,入口中心喷动区的温度最高,温度场沿床高方向逐渐降低.煤气质量在加压后有了明显提高.验证的结果表明此CFD模型可以用来预测煤气化的反应过程.     

温度对喷动流化床煤气化影响的数值模拟

建立了基于CFD的三维非稳态的喷动流化床煤气化动力学模型,考察了温度对喷动流化床煤气化影响。此模型包含了以下子模型：气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型,气相间的均相反应模型。焦炭的非均相反应的速率由气体的扩散和化学反应动力学共同控制,气体的均相反应可以作为二级反应来处理。试验结果和模拟的计算结果进行了对比,验证的结果表明了此CFD模型可以用来预测煤气化的反应过程。     

压力对喷动流化床煤气化影响数值模拟

借助CFD(Computational fluid dynamics)软件平台首次建立了三维喷动流化床气化动力学模型.此模型包含了以下子模型:气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型,气相间的均相反应模型.此模型重点考察了操作压力的变化对煤气化的影响.当压力为0.1MPa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为8.75%,10.5%,3%,压力为0.3Mpa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为11.2%,12.81%,4.27%.煤气质量在加压后有了明显的提高,并通过试验结果进行了验证.     

2MW加压喷动流化床煤部分气化特性的研究

在热输入2MW的中试规模加压喷动流化床部分气化试验装置上，采用徐州煤烟进行了连续12h的加压部分气化试验研究，研究了在深床条件下煤部分气化特性，以及汽煤比的变化对部分气化的影响。研究结果表明：在合适的喷动风和流化风配比下，可实现深床气化，使气化反应基本达到化学平衡；在其它条件不变的前提下，汽煤比增加，气化炉温度下降，煤气中H2含量有较大幅度的提高，煤气热值也有所增加。文章的最后将试验的主要指标与国内外类似规模装置上获得的数据进行了比较。图6表5参10     

增压喷动流化床煤部分气化与脱硫效率的试验研究

以空气和水蒸气为气化剂,在一内径为100 mm的V型布风板喷动流化床煤部分气化炉内进行了徐州烟煤的气化试验研究。研究了不同操作参数(温度、压力)对气化过程及脱硫效率的影响,认为提高温度和压力有利于改善煤气质量和提高脱硫效率。煤气化发展越来越向高压、大容量发展,考察压力对气化工艺过程的影响,对气化炉的放大设计与运行、降低对环境的污染均有实际意义。     

加压喷动流化床最小喷动速度的试验研究

在内径100 mm的有机玻璃冷模装置上进行了加压喷动流化床试验.床料直径为1.6 mm、2.3 mm的小米.研究了压力、静止床高及流化风对最小喷动速度的影响.试验结果表明:喷动流化床的最小喷动速度随压力的增大而减小,但减小幅度逐渐变小;静止床高增大,最小喷动速度增大,但床高的增加对最小喷动速度的影响随着压力的增大而减弱.流化风风量增加导致最小喷动速度降低.根据试验数据进行了线性回归,分别得出了uf=0和uf＞0(uf为流化风床内表观气速)时最小喷动速度的关联式,相关系数分别为0.964和0.920,关联式和试验值吻合较好.     

喷动流化床煤气化试验研究

以空气和水蒸汽为气化剂,在一内径为60mm的V型布风板喷动流化床工业煤气炉内对动力烟煤的气化进行了系统的试验研究,考察了V型布风板床料的流化特性,研究了操作参数对气化过程的影响,测量了煤气成分沿床高和径向的变化,分析了影响煤气成分和热值的有关因素,提出了合理的运行条件和参数,研究结果对工业装置的放大设计,改造现有燃烧设备并降低对环境的污污具有指导意义。     

喷动流化床煤气化技术研究的发展

本文论述了喷动化床煤气化技术的原理、优点以及国内外的主要技术进展，并结合当前国内外的研究情况从气化特性试验研究、机理模型研究、工业应用研究三个方面进行了分析，指出了喷动流化床煤气化技术的发展前景以及今后研究方向。     

高温快速加热条件下压力对煤气化反应特性的影响

建立了一套能同时实现高温高压和快速加热的实验设备和研究方法,使煤气化反应动力学基础研究能在与实际气流床煤气化炉相近的条件下进行.研究表明,当CO2体积分数相同时,最大CO生成速度随压力的升高而升高;煤焦的气化反应速度随全压的升高而升高.即使全压和CO2体积分数不同,只要CO2的分压、温度等其他条件相同,煤焦的气化反应速度就基本上一致.说明全压和CO2体积分数对煤焦气化反应速度的影响可以归纳为CO2分压的影响.高温快速加热条件下,除了温度以外,CO2分压是影响煤气化特性的重要因素.     

加压流化床煤气化计算模型研究

为了探索大型加压流化床煤气化的最佳操作条件和设计参数,建立了针对加压流化床气化方式的计算模型,包括颗粒模型、气相模型、气泡模型和焓平衡模型,分析了单位给煤量、氧量和水蒸气等操作参数对碳转化率、产气量和冷煤气效率等参数的影响,并确定了给煤量的最佳操作范围.结果表明:初期碳转化率均保持在99%以上,对于相同床面积的气化炉,可通过提高反应压力来提高气化炉处理量;反应压力由1.5MPa提高到2.1MPa时(提高40%),单位煤产气量可增加34%以上;反应压力为2.1 MPa时,给煤量的最佳操作范围为2.0~2.5kg/(m2·s);氧煤比为0.6~0.7时,冷煤气效率可达到77%;生成气体的热值与水蒸气比成正比.     

压力对喷动流化床流动特性影响的数值模拟

建立了1台热输入0.1 MW的加压喷动流化床煤部分气化炉和相同尺寸的冷态模型试验装置,通过试验和数值模拟方法分析了压力对喷动流化床流动特性的影响.数值模拟采用了非稳态欧拉多相流模型,研究结果表明:随着工作压力增大,床内的中心喷动区和环形区的空隙率均相应减小;颗粒在较高工作压力下的轴向速度大于较低压力工况下的速度值;在压力为0.1～0.3 MPa时,模拟工况的流动状态与试验结果相符.     

增压导向式喷动流化床流动特性的数值模拟

采用双流体模型对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和空隙率进行数值模拟。计算结果表明,喷动区颗粒速率在初始阶段急剧上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度不写系统压力有关,还形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒下降速度一直保持不变,喷动区的空隙率在卷吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

Influence of Solids Circulation Flux on Coal Gasification Process in a Pressurized High-density Circulating Fluidized Bed

The coal gasification behaviors in the pressurized high-density circulating fluidized bed under various solids circulation fluxes were studied with the CFD method, which combines the two-fluid model and coal gasification reactions represented by the chemical percolation devolatilization and the MGAS models. The numerical method was validated with two experimental cases, and detailed distributions of gas species and temperature in the riser were illustrated to understand the gasification process. To fully understand the influence of solids circulation flux on the gasification behavior, a series of cases were simulated with the solids flux varying gradually from 260 to 1010 kg/m~2 s, and the composition and quality of syngas were compared between various cases. The higher heating value of syngas firstly increased and then decreased with the increase of solids flux, and it reached the highest value around 480 kg/m~2 s. The influence of solids flux on gasification process was further analyzed through the contours of temperature, solids concentration, and gas composition in the riser.     

煤气化半焦增压流化床燃烧特性中试试验研究

在热输入为1 MW增压流化床燃烧中试试验装置上,对加压煤部分气化得到的气化半焦进行了加压燃烧试验研究。试验结果表明,煤气化半焦增压流化床燃烧中试装置的各分系统设计合理,全系统能协调、稳定运行。在燃烧室压力0.5 MPa,燃烧温度900℃,过剩空气系数1.2～1.3,流化速度1.1～1.2 m/s条件下,半焦的燃烧效率达到99%以上,飞灰含碳量在2%以下;此外,还发现适当提高半焦燃烧的床温和一个适宜的空气过剩系数有利于半焦的充分、稳定燃烧,而飞灰循环对提高半焦燃烧效率非常有益。