气流床煤粉部分气化炉定向调控的模拟研究

发布时间：2020-05-20 13:08

【摘要】：煤既是一种能源又是一种资源,煤气化多联产是实现煤炭分级转化清洁利用。以煤热解和气化为基础的气流床煤粉部分气化是实现煤炭分级转化的新工艺,其核心问题是如何高效低成本的实现煤粉部分气化并产物调控。围绕气流床煤粉部分气化这一核心问题,本文以数值模拟为主要方法,开展了气流床煤粉部分气化定向调控的基础研究。论文首先以75kg/h气流床煤粉部分气化炉为研究对象,对比研究了FLUENT软件的有限概率涡耗散模型和组分输运模型。75kg/h气流床煤粉部分气化炉的实验数据验证了组分输运模型的准确性,而概率密度模型(PDF模型)对CO、H_2浓度和碳转化率预测则存在明显的偏差,因此PDF模型难以胜任本气化炉的模拟。然后,本文采用组分输运模型通过数值模拟方法研究该气化炉不同工况下的运行特性,揭示煤粉/氧气比例即当量比、外加水蒸气作为气化剂和分段给氧三种调控方法对气化炉运行特性和产物气特性的影响规律。结果表明当量比提高有利于提高该气化炉内的混合程度,随着当量比的下降干煤气中CO浓度单调升高,H_2和CO_2浓度单调下降,因而冷煤气效率单调增加。通过研究炉壁上的颗粒冲积率、CO浓度以及温度等参数,发现当量比在3.96~4.46范围内炉壁上容易发生结焦。外加水蒸气会降低产物气中CO含量,但对干煤气中H_2浓度的提高作用有限,同时气化炉的冷煤气效率和碳转化率降低。分段给氧时,随着中段给氧比例的升高,虽然气化炉的效率会受到影响,但有利于实现壁温均匀化和降低炉壁结焦的可能性。
【图文】：

士学位论文 2015 年我国已探明原煤储量为 11.45 亿吨，，占世界煤储量的 12.8%，剩余储31 年[3]。根据图 1.1 可见，近十年来原煤储产比虽不断下降但一直占据主要产比仅次于煤炭，石油储产比变化不大且维持一个较低水平[3]。随着储量的发高效、清洁的能源利用方式成了亟需解决的课题。

图 1.1 中国化石燃料储产比情况[3]消费行业来看，绝大部分煤用于工业生产行业，其他行业如日售业等仅占不足 5%，如图 1.2 所示[4]。其中，在工业生产行煤与工业终端占 69%，这部分煤基本用于直接燃烧。而能对 1%，对煤进行加工利用的炼焦用煤占 15%。有些中间消费而使得洗煤、选煤的损耗占比达到了 5%。所以，煤炭的使以及环境污染等问题。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK175

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本文编号：2672667