煤粉加压气化炉操作参数对气化特性的影响

采用基于平衡态模型的气流床气化炉煤气组分预测程序,分析研究了气化压力、氧煤比以及蒸汽煤比等操作参数对气化温度、煤气组分、碳转化率和气化效率的影响规律。研究结果表明:气化压力对气化特性指标影响甚微,而氧煤比和蒸汽煤比的影响较为显著。随氧煤比的增加,气化温度升高,碳转化率升高,气化效率先升高再降低,CO浓度先增加后降低。CH_4的体积浓度可用于预测气化温度。在蒸汽煤比较低时,提高蒸汽煤比可增加H_2的浓度,提高碳转换率和气化效率,但进一步提高蒸汽煤比仅会降低气化炉内的气化温度,提高H_2O和CO_2浓度。对于所研究的煤种,合理的氧煤比应在0.7左右,合理的蒸汽煤比在0.1左右。     

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。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

准东高钠煤循环流化床煤气化特性

针对新疆准东高钠煤由于碱金属Na含量高而在直接燃烧时出现沾污严重的问题,基于0.25,t/d高碱煤热化学转化试验台,对准东高钠煤在不同煤气化反应温度下的气化指标(煤气成分、热值、冷煤气效率和碳转化率)特性进行了试验研究,并与对比煤种神木煤气化特性进行了对比分析.试验结果表明:准东高钠煤在循环流化床煤气化过程中运行平稳,随空煤比增加,煤气化反应温度升高,冷煤气热值降低,冷煤气效率先升高、后降低,在900,℃时达到最大,对于神华准东煤,其最大冷煤气效率为32.26%,,对于沙尔湖准东煤,其最大冷煤气效率为41.47%,,碳转化率则不断增大;与神木煤相比,准东高钠煤具有较高的煤气化反应活性,较高的冷煤气效率和碳转化率,在900,℃煤气化工况时,神华准东煤及沙尔湖准东煤冷煤气效率比神木煤分别高3.6%,和12.81%,,碳转化率分别高19.7%,和28.37%,.     

基于旋风渣膜气化炉的潞安烟煤煤气化特性实验研究

气流床气化技术是当前主流的煤气化技术,而已有的气流床气化炉一般采用悬浮气化,气化强度难以继续提高.通过在自主设计的旋风渣膜气化炉实验系统上,对潞安烟煤的旋风渣膜气化特性进行了实验研究,主要研究了运行负荷、蒸汽煤比对气化炉的气化温度、冷煤气效率、碳转化率等气化特性参数的影响规律.实验结果表明:潞安烟煤在旋风渣膜气化炉中具...     

基于响应面法的煤气化工艺参数效应分析

以粉煤加压气化工艺为对象,基于ChemCAD仿真软件建立了煤气化过程仿真模型,采用中心复合设计进行了煤气化仿真试验,构建煤气化性能指标与工艺参数间的响应曲面,并在此基础上对煤气化各工艺参数对气化性能的主效应和交互效应进行了分析.结果表明：氧煤质量比是影响煤气化性能最重要的工艺参数,氧煤质量比的增加能提高煤气中CO体积分数、产气率和碳转化率,但会降低H2体积分数;蒸汽煤质量比主要影响煤气的有效气体成分,H2体积分数随其值提高而显著增加,CO体积分数下降;蒸汽煤质量比对产气率和碳转化率影响较小;压力对煤气中有效气体成分、产气率和碳转化率影响均不显著;氧煤质量比、蒸汽煤质量比和压力的综合效应对煤气中有效气体成分影响不显著,但对产气率和碳转化率等生产效率指标影响显著.     

油水煤浆在新型气化炉内气化过程的数值模拟

在多喷嘴入口新型水煤浆气化炉内对油水煤浆(COW)的气化过程进行了数值模拟计算研究,分析了气化炉内的温度分布、各种气化产物浓度分布规律。数值模拟计算结果证明,同浓度的油水煤浆气化与普通水煤浆气化相比,气化炉内平均温度略有上升,碳转化率提高1.81%,气化炉出口粗煤气中有效气(CO H2)含量提高10.58%,CO2和H2O浓度大幅下降,水分解率大大提高,气化效果明显优于普通水煤浆。     

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.     

生物质湍动流化床气化特性分析

针对生物质气化燃气焦油、飞灰含量偏高的问题,设计开发了"变截面"式湍动流化床气化炉,研究了不同空气当量比(RE)、粒径对燃气成分、燃气热值、冷煤气效率、碳转化率、飞灰含量和焦油含量的影响.结果表明:RE在0.23～0.33区间内,随着RE值的增加,炉膛温度呈升高趋势;CO、CH4、CnHm的含量呈降低趋势,H2的含量呈...     

煤气化特性分析

煤的分级转化技术不仅可以实现煤炭资源的高效利用,还可以有效解决煤燃烧过程中的环境污染问题。文中基于煤的分级转化,在小型流化床煤气化试验台上研究了富氧条件下汽煤比、氧煤比对床层温度、煤气成分、煤气热值等参数的影响,并与富氧气化的结果进行对比分析,研究表明:随着汽煤比的增加,煤气中CO和H2的含量显著增加;随着氧煤比的增加,煤气的热值显著提高;在富氧/水蒸气条件下产生的煤气的热值远高于富氧条件下产生的煤气的热值。     

流化床部分煤气化实验研究

在一台小型流化床部分煤气化气化炉上,以空气和水蒸气为气化剂,在不同操作条件下(给煤量、流化风量和蒸气量),进行了三种不同煤种的气化实验。研究结果表明,床温随给煤量和蒸汽量的增加以及流化风量的减小而降低;在一定范围内。煤气中CO含量随给煤量、流化风量和蒸汽量的增加以及煤化程度的降低而升高;煤气中H2含量随给煤量和煤化程度的升高以及流化风量和蒸汽量的减小而降低;CH4含量随给煤量的增加而增加,随流化风量、蒸汽量和煤化程度的升高而降低。另外,煤化程度升高,生成煤气的热值减小。     

气化参数对IGCC系统中气化炉性能的影响

首先单独对气化炉出口合成气成分含量进行核算,计算结果与文献基本吻合.然后建立200 MW级整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型,对基本参数下的IGCC系统进行计算,得出整个系统的性能参数.最后对不同气化参数温度、水煤浆浓度、氧气浓度、O/C比的气化炉性能及其整个IGCC系统效率进行比较,分析不同气化条件下的合成气成分体积含量、冷煤气效率、有效气(CO+H2)体积含量、比氧耗、比煤耗及整个IGCC系统效率的变化.结果表明:提高水煤浆的浓度,有利于提高气化炉的冷煤气效率;气化温度对IGCC系统性能影响较大;提高氧气浓度有利于提高气化冷气效率和系统的效率,本系统对应的最佳O/C比为1.02左右.     

高灰熔点煤加压气流床气化特性

在25 kg/h规模的沉降式加压气流床气化实验装置上,研究了高灰熔点煤种在固态排渣温度范围内的气化特性及灰渣熔融特性.结果表明,气化温度、碳转化率均随O/C物质的量比的增加而增加,冷煤气效率则随O/C物质的量比的增加旱现先增大后减小的变换规律;本实验条件下,最佳O/C物质的量比在1.0～1.2之间,此时冷煤气效率达最大值(42%左右),相应碳转化率为90%;对最佳工况下气化炉底部、旋风分离器和布袋除尘器内的灰渣进行SEM分析表明,该工况下气化炉底部、旋风分离器内的灰渣在整体上仍以固态形式存在,只是有部分低熔融成分发生熔融,其熔融部分的粒径在数微米左右,而布袋除尘器内的灰渣没有发生熔融现象.     

氧量对天然焦蒸汽气化特性的影响研究

在小型流化床(50mm、高1600mm)实验装置上对沛城煤矿天然焦-蒸汽气化反应进行实验研究,考察蒸汽中掺入氧气,共同作为气化介质对气化反应产气量、碳转化率、煤气热值和煤气组分等因素的影响,同时与ASPENPLUS软件对其气化过程的模拟结果进行了对比。实验中,天然焦试样量0.2kg/h,蒸汽量1.05kg/h,气化温度900℃,实验结果表明:气化介质中氧量明显影响天然焦蒸汽气化特性。随着氧含量的增加,初始阶段(0～0.2L/min)煤气产量提高了1.76倍,碳转化率提高了1.94倍,两者均显著增加;随着氧量的进一步增加(0.2～1.0L/min),其增加幅度趋缓,产气量增加1.16倍,碳转化率增加1.34倍。煤气中有效气体(H2+CO+CH4)的体积分数和煤气热值均持续减少,有效气体份额从76.9%下降到54.3%,煤气热值从9.01MJ/m3减少到6.34MJ/m3,而CO2体积分数增加明显,从23.1%增加到37.3%。Aspen模拟结果与实验结果基本一致,具有实际指导意义。     

基于铁矿石载氧体加压煤化学链燃烧的试验研究

在反应温度为970℃、压力范围为0.1～0.6 MPa的条件下,以铁矿石为载氧体,采用固定床反应器,对煤化学链燃烧进行了试验研究,考察了加压对燃料反应器内水蒸气气氛下煤化学链燃烧的反应特性.结果表明:加压能加快煤水蒸气气化速率,加强水气转换反应,并对煤气组分产生影响,使CO浓度降低,CO2和H2浓度升高;加压后还原反应烟气中不再含有H2,CO和CH4的浓度也变得很低,说明加压可提高还原反应中煤气的转化率;随着压力的升高,碳转化率先升高后又降低,存在着一个中间压力值,使碳转化率最高.     

石油焦水煤浆在新型气化炉内气化过程的数值计算

对石油焦水煤浆(PCCWS)在多喷嘴新型水煤浆气化炉内的气化过程进行了数值计算,考察了气化炉内的温度分布、各种气化产物浓度分布规律.结果表明:同浓度的石油焦水煤浆气化与普通水煤浆气化相比,气化炉内平均温度略有上升,碳转化率提高,气化炉出口粗煤气中有效气(CO H2)含量提高7.91%,CO2和H2O浓度大幅下降,水分解率大大提高;石油焦水煤浆气化可以节约氧气约6%,气化效果明显优于普通水煤浆.     

煤浆浓度对水煤浆气化影响的数值模拟

采用数值方法模拟了应用于IGCC的水煤浆气化过程中煤浆浓度对出口煤气成分以及碳转化率的影响效果。总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中,对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法。得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分,其结果与工程实际相比非常接近;并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素之一的煤浆浓度,提出了提高出口煤气有效成分(CO H2)的措施。图7表1参8     

掺混比例对生物质和煤流化床共气化特性影响的试验研究

采用新型床料在鼓泡流化床中进行了2种典型的木本和草本生物质与烟煤的空气-水蒸气气化试验,研究了生物质掺混比例对燃气组分和热值、气化效率及碳转化率等参数的影响规律.结果表明:当松木屑的掺混比例从0%增大到100%时,H2和CO的体积含量分别增加了4.6%和4.4%,CO2的体积含量减少了3%,CH4和CnHm的含量也有所增加;当稻秸的掺混比例从0%增大到100%时,CO的体积含量先从25.8%上升至27.5%,再下降至25.3%,其他燃气组分的变化趋势与松木屑和煤气化的相类似;随着生物质掺混比例的增加,2种生物质和煤共气化的气化效率和碳转化率均有所提高,且在共气化过程中存在协同效应.     

循环流化床煤富氧-水蒸气气化实验研究

针对面向合成气的循环流化床煤气化技术的开发,在0.25 t/d实验台上开展了实验,研究了气化剂氧气浓度和氧煤比的影响,并利用热力学平衡计算进行验证.结果表明:氧气体积分数由21%升高至60%时,水煤气反应得到强化,CO和H_2产率、碳转化率和冷煤气效率均得到提高;提高氧煤比(0.41～0.56 m~3/kg)时水煤气反应的强化没能得到表现,CO、H_2产率有所降低.通过平衡计算验证了不同氧气体积分数下煤气成分变化,若反应装置具有更好的保温措施和更充足的反应时间,CO、H_2产率和(φ_(CO)+φ_(H_2))/φ_(N_2)值可进一步提高.     

气流床煤气化装置稳态模拟及优化分析

煤气化过程是煤中有机质在一定温度、压力及气化剂(如蒸汽、空气或氧气等)等条件下发生一系列复杂化学反应,将固体煤转化成粗合成气,同时副产蒸汽、焦油、灰渣等产品的过程。以工业化运行气流床粉煤气化及水煤浆气化装置为研究对象,采用Aspen Plus流程模拟软件,建立与实际工况吻合的气化装置稳态模拟模型。通过使用该模型,研究了氧煤比、加入烧嘴水蒸气量、煤浆浓度、激冷水量、气化压力等工艺参数对煤气化反应性能的影响,结果表明:水煤浆气化有效气含量随氧煤比降低先增加后减少,随煤浆浓度增加而增加;粉煤气化有效气含量随氧煤比降低而增加,H2含量随蒸汽量增加而增加;气化压力对煤气化合成气组成影响较小;降低激冷水量有利于提高合成气水汽比及变换装置副产蒸汽量,并可降低激冷水泵和洗涤塔低压灰水泵功率。运用稳态模拟模型指导生产装置操作优化,每年可实现经济效益507.51万元。