煤炭气化气流床气化炉的数学模拟.pdf

第 卷第 期煤炭转化 引言 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一7它以 提高碳转化率9冷煤气效率7降低气化过程的氧耗及 煤耗为目标7并向加压及液态排渣9大型化等方向发 展7从而达到改善环境及降低产品成本的目的 加压 气流床气化技术是国内外优先发展方向之7气流床 气化技术有如下特点 能够气化任何变质程度的 煤及煤的加氢残渣9石油焦等A B气化强度很高7碳 转化率高AC产品煤气中不含焦油和酚类物质7环 境友好A D其缺点是氧耗高9需设置磨粉9显热回收 及除尘等较庞大的辅助装置 已工业化或正在示范 的加压气流床气化技术包括湿法加料的 E F G 2 7 H E I 3 E 2和干法加料的0 J E 7K L E M N 及O 0 K等7 并 在世界范围内得到广泛应用 我国 世纪P 年代先后进行过熔渣炉气化及 QR 气化研究7 也建立过工业化装置7后因耐火材 料等问题而停止 世纪S 年代后在鲁南化肥厂9 上海焦化有限公司9渭河化肥厂9淮南化肥厂等引进 了 E F G 2 气化炉用于生产合成氨及甲醇7通过多 年的实践积累了丰富的经验7已达到了长周期9高负 荷9安全和稳定运行的要求7且在喷嘴9耐火砖及水 煤浆泵等设备国产化方面取得了突破性进展 目前7 利用干法加料的0 J E 气化工艺正用于某化肥厂改 造7而我国第一座1 O 示范电厂也已立项7其气化 岛也将采用气流床气化工艺 因此应重视对气流床 气化工艺的研究及开发工作 对气化炉气化过程数学模拟的研究不仅有利于 深入了解气化过程规律7而且可以用于指导气化炉 设计及生产过程优化控制 对气流床气化炉的数学 模拟主要始于 世纪P 年代7国内外对此进行了 大量研究7取得了许多成果 气流床气化原理 T 2 5 数学模拟的目的就是求出气化炉内每 一质点处的上述参数的值 A 气化反应动力学 煤粉热解反应速度很快 主要根据经验式对热 解速度和产物进行估算 大致有B C等D E F W 2 X 6 等D E E G建立了平衡模型 并用于评价试验数据分析 平衡模型可用于对出口 组成及温度进行简单预测 由于其假定的条件较理 想 如假定所有反应都达到平衡 在实际过程是不可 能的 因此其用途受到一定限制 对过程控制及气化 炉设计参考价值较少 A A 考虑气化过程动力学的模型 为了更准确的用数学模型对气化及燃烧过程进 行模拟 需考虑气化过程三传一反及动力学行为 许 多研究者对此进行了研究 建立了一维 二维及多维 模型 Y 9 Z 等对E S K P年以前的工作进行了归纳 模 型属活塞流 6 1 1 T 1 2等D G忽略了表面反应 但考 虑了轴向混合 挥发分的气相反应及热解反应 Q9 6等 D R E G先后建立了一维及二维煤粉气流床燃 烧及气化模型 模型中考虑了煤粉颗粒大小分布对 反应速度的影响 B C等D E G给出一维模型来描述 0 1 X 8气化炉中的混合情况 每一微元被处理成气 相是完全混合 固相以活塞流通过整个反应器 固相 粒子的速度用 8 T 5方程近似描述 模拟了中试装 置使用煤及加氢残渣气化情况 操作参数的变化对 煤气组成的影响等 8 a 9 C 等D K G对上述模型进行了 修正 加入了动量平衡 考查了煤气组成与进料速 度 氧b煤比及汽b煤比的关系 W 2 8 5 等D E E T 1 D E J G建立了一维稳态模 型 发现气固相最大温度位于氧气耗尽处 考察了关 键参数对操作的影响 我国科技部f九五g期间也安 排了对流化床 干法及湿法加料气流床气化炉进行 R 煤炭转化 H H E年 万方数据 数学模拟的攻关课题 取得了丰硕成果 现将最近的 研究成果及文献 4 1 1 6 4 8 4 1 6 AB C 1 6 2 1 8 1 1 1 6 G H 1 6 4 7 E J 7 2 1 6 B 0 6 E1 C K L M N C 1 7 91 7 0 7 4 0 97 1 0 4 7 7 8I 0 B 8 0 7 5 I 1 8 1 0 O 6 4 1 0 4 7 6 6 I C 6 1 C 1 94 0 1 P B 4 0 4 4 B 9 7 3 1 0 0 C 6 4 8 4 4 7 54 CA C 1 4 B 6 O I 1 1 6 H 1 6 C 17 B 0 1 4 7 68 7 C 1 1 6 11 4 1 8 0 7 5 6 4 8 4 1 Q I 7 B 6 1K L M LR 1 4 91 6 4 7 0C O 7 6 4 8 4 4 7 S8 1 1 6 1 9 1 P B 4 0 4 4 B 9 O S7 1 6 1 I 1 3 7 0 4 0 4 T 4 7 C O 7 6 4 8 4 4 7 97 1 0 U V 1 6 4 3 1 6 B O 7 8 7 B O 0 O 1 7 B C 1I 4 0 1 67 82 7 Y ZN 6 4 8 4 1 C7 B 0 1 91 6 B 1 91 6 8 7 1 6 6 Y 4 6 7 K L M Q 1 O 7 1 4 91 6 4 7 097 1 0 54 C 6 1 7 B 6W 4 1 4 4 8 7 1 7 1 1 7 B 67 V 4 4 7 S C 1 B B 1 1 4 3 4 O N 1 4 4 7 6 C 0 7 7 O 6 4 8 4 4 7 91 6 B 1 91 6 7 8 V 4 0 1 9 I 1 B 1 6 4 7 C O W Q 4 1 O 6 1 S 57 6 1 I 1 3 7 0 4 0 4 T 4 7 S 7 9 4 1 4 8 8 B 6 4 7 a 6 B 8 1 1 4 7 1 6 S 7 4 4 7 S1 P B 4 0 4 4 B 9 6I C 6 1 1 4 7 6 AI I 0 4 1 7 6 4 8 4 4 7 4 7 C O 7 I O 7 0 O 6 4 654 C 7 7 1 1 91 b 0 W 1 K L M M L M L C 1 1 4 91 6 4 7 0 6 4 1 94 V 1 8 4 4 1 1 0 1 91 8 4 4 1 4 8 8 1 1 16 C6 1 I 1U B 0 1 4 I 4 4 7 6 S 571 P B 4 7 6 1 7 B 6 B B 0 1 1 B B 0 1 W 4 1 4 4 B O C 11 8 8 1 7 8I 4 C 1 4 7 7 89 6 6 97 91 B 9 1 1 O 6 B 4 1 C 10 7 B 67 3 1 0 7 O 3 1 7 6 b C K L M LF 7 9 4 4 7 7 8 I 0 B 8 0 7 5 I 1 8 1 0 O 6 4 1 1 0 1 91 6 S 6I C 6 14 1 P B 4 0 4 4 B 9 54 C 57 1 P B 4 7 W 4 1 4 68 7 I O 7 0 O 6 4 6 4 7 F R 7 V 4 4 7 N 1 4 6I 7 B 6 4 7 1 9I 1 B 1 S 1 I 7 1 8 4 7 7 7 51 1 1 V I 1 4 91 a C 1 7 O8 7 O CaQ 97 7 K L M L L R 1 4 91 6 4 7 06 1 O 6 1 57 6 1 I 1 3 7 0 4 0 4 T 4 7 7 9 4 1 4 8 8 B 6 4 7 a 6 B 8 1 1 4 7 1 6 7 1 4 91 6 4 7 0T 7 0 4 4 7 1 P B 4 0 4 4 B 9 6I C 6 1 1 4 7 6 c 7 7 1 1 91 54 C7 1 4 91 6 4 7 0 7 I 7 7 1 1 91 54 C 6 4 8 4 1 91 6 B 1 91 6 Q 94 C Y 0 1 K 4 C 1 4 4 7 d e B B 0 1 4 57 6 1 I 1 3 7 0 4 0 4 T 4 7 4 8 8 B 6 4 7 W 4 1 4 1 7 1 1 7 B 6 1 6 8 7 B 8 0 B V 4 4 7 54 C6 1 4 c 6 I C 6 1 6 1 I 7 1 C1 V I 1 4 91 g1 aF C B K h L M H 4 3 4 1 6 4 8 4 1 4 7 C 1 1 T 7 1 6 S 7 1 6 1 I 1 3 7 0 4 0 4 T 4 7 6I C 6 1 4 7 1 0 O7 1 P B 4 0 4 4 B 9 6I C 6 1 1 4 7 6 4 1 68 7 C 1 4 7 N 1 4 1 1 9I 1 B 1 6 4 7 8 7 1 V 7 6 4 8 4 1 CI 4 0 7 I 0 6 4 8 4 1 7 0 Z C 7 7 1 1 91 c 7 O 0 i L hR 1 4 91 6 4 7 06 1 O 6 1 97 1 0 j 7 C 6 7 k 6 C O 7 I O 7 0 O 6 4 6 97 1 0 4 B 4 O 1 P B 4 7 6 8 7 7 CI C 6 1 6 94 V B 197 91 B 9 0 C 1 9 0 1 1 O 0 1 7 6 4 1 1 E7 1 0 4 1 C 6 O 6Q 1 3 4 C 1g1 aF C B 97 1 0 C 1 97 91 B 9 0 1 C 1 6 4 7 7 C 1 11 6 6 1 4 0I 91 1 6 l C 18 B 1 0 1 C 17 V O 1 7 8 B 1 0 4 7 C 16 1 9 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第B期步学朋等煤炭气化气流床气化炉的数学模拟 万方数据 0 6 3 2 A A B C D B E F C G H C I G J 7 K 76 6 LM 3 9 7 6 0 N O5 6 9 0 6 0 3 M A J P Q B A 3 H G P G O 2 S 6 34V 5 K A P J B D B E F B I H C Q I 6 W 2 43 8 7 2 86 9 2 O6 0 0 F MX 3 5 O 6 F V 2 2 6 V X H 6 2 A P 3 H P P Q Y 7S Z M 16 6 9 X 6 3 86 9 2 O6 0 4 0 3 2 Q C I D P E F I Q J H I B Q B 6 O 2 O 6 O 3 V 7 9 O H OD 5 E C J D J E F J I Q H J Q I C T 1 2 2 43 4 7 2 6 9 W6 0 6 7 6 0 4 0 3 2 Q C I D E F P J