流化床一氣流床禍合反應(yīng)器中煤氣化過程的模擬研究.pdf

1、煤氣化技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、化學(xué)品合成、燃料氣生產(chǎn)等方面。氣化爐是煤氣化技術(shù)的核心設(shè)各。目前主要有固定床、流化床和氣流床三大種類氣化爐。固定床氣化爐因操作溫度較低，粗煤氣中含有大量酚類物質(zhì)和要求原料為優(yōu)質(zhì)塊煤使其應(yīng)用受到限制：氣流床煤氣化爐為高溫、高壓、細(xì)煤粉氣化，有利于提高碳轉(zhuǎn)化率及煤氣中有效組分的比例，因此得到迅速推廣。但對于高灰、_高灰熔點(diǎn)煤氣化常需要加入助熔劑以降低灰熔點(diǎn)，因此商業(yè)應(yīng)用中只能使用低

2、灰、低灰熔點(diǎn)煤，原料的就地轉(zhuǎn)化較為困難，因此成本較高：流化床氣化溫度適中(<1373.15 K)，干法進(jìn)料、干法排渣，煤種適應(yīng)性寬，更適合中國較多劣質(zhì)煤的氣化?；胰劬哿骰苍谔幚砀呋颐簹饣^程中由于反應(yīng)器溫度限制，飛灰中碳含量高達(dá)70％，造成了灰熔聚流化床總碳利用率不高，且總灰量較大。為解決這一問題，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所將氣流床反應(yīng)器耦合在流化床的一側(cè)，將飛灰作為原料，利用氣流床反應(yīng)器的高溫(1473.15 K～1673.15

3、K)處理飛灰中殘留的大量的碳，以提高原料元素的利用效率并合理利用能量。從原理上講，流化床濃相區(qū)中半焦及產(chǎn)生的粗煤氣可以冷卻氣流床產(chǎn)生的高溫灰渣和高溫煤氣，實(shí)現(xiàn)以焦冷渣，避免了高溫帶來的灰熔融現(xiàn)象，而且可以充分利用顯熱，將煤氣和熱灰顯熱用于煤氣化反應(yīng)。但由于耦合反應(yīng)器的流體力學(xué)特性復(fù)雜，對于耦合反應(yīng)器中耦合部位的作用的細(xì)節(jié)認(rèn)識還不夠明確；目前流化床一氣流床耦合反應(yīng)器還處于初步試驗(yàn)階段，耦合反應(yīng)器內(nèi)部的物料運(yùn)動形態(tài)，流化床和氣流床之間的互相

4、影響，爐內(nèi)溫度及物料分布情況尚不明確，這些問題都給反應(yīng)器的工程放大及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化帶來了很大的困難。
　　 本文以中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所(o)300 mm耦合反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，首先根據(jù)耦合反應(yīng)器中流體力學(xué)特征，從氣化反應(yīng)動力學(xué)角度出發(fā)，以物料平衡、能量平衡和化學(xué)平衡為基礎(chǔ)，利用化學(xué)動力學(xué)軟件CHEMKIN4.0構(gòu)建耦合反應(yīng)器等效反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型：然后應(yīng)用所建立的模型討論了耦合氣流床前后反應(yīng)器中主要參數(shù)的變化情況，分別考察了耦

5、合氣流床前后氣化爐中溫度沿軸向分布、物料停留時間、碳轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)氣組成的分布差異；緊接著分別研究了灰渣熱量傳遞對濃相區(qū)域的影響及飛灰動力學(xué)對產(chǎn)氣組成的影響，為以焦冷渣干法排渣過程提供理論支持，對飛灰在氣化爐中的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了剖析;論文最后研究了飛灰對整個氣化爐系統(tǒng)性能的影響。
　　 通過耦合反應(yīng)器等效反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立和計算分析，得到如下主要結(jié)論：
　　 1．構(gòu)建了耦合反應(yīng)器等效反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模型中根據(jù)耦合反應(yīng)器中不同位置

6、流體力學(xué)特征對氣化爐進(jìn)行了區(qū)域劃分，克服了視反應(yīng)器為一個整體進(jìn)行研究的弊端，能夠很好地反映不同時間氣化爐內(nèi)不同區(qū)域的形態(tài)。
　　 2．耦合氣流床后氣化爐的性能發(fā)生了很大變化。氣流床出口高溫氣體進(jìn)入耦合區(qū)，造成了耦合區(qū)和流化床稀相區(qū)溫度的升高，同時造成了物料停留時間的縮短;氣流床段的高溫能夠?qū)崿F(xiàn)飛灰中殘?zhí)康倪M(jìn)一步氣化，耦合后碳轉(zhuǎn)化率由單獨(dú)流化床的84.9％升高到92+2％，由此證明耦合反應(yīng)器有助于碳轉(zhuǎn)化率的提高；耦合后氣化爐出口氣

7、體組成中CO含量升高，CO2含量降低，其它氣體無明顯變化。
　　 3．灰渣攜帶熱量對耦合反應(yīng)器濃相區(qū)的溫度變化影響不太敏感，因此能夠?qū)崿F(xiàn)以焦冷渣的同時避免了耦合反應(yīng)器濃相區(qū)溫度超過煤灰熔點(diǎn)而結(jié)渣的風(fēng)險；氣流床段灰渣攜帶熱量對耦合反應(yīng)器濃相區(qū)碳轉(zhuǎn)化率的影響可以忽略不計，與第三章得到的結(jié)論相一致：由于耦合反應(yīng)器濃相區(qū)溫度無明顯變化，因此灰渣攜帶的熱量對耦合反應(yīng)器濃相區(qū)組分影響也不明顯：
　　 氣流床出口飛灰碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到64.