两段式干煤粉加压气化过程试验和模拟

发布时间：2017-05-10 07:12

  本文关键词：两段式干煤粉加压气化过程试验和模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤气化技术是洁净煤技术的核心和关键技术之一，是发展整体煤气化联合循环、煤基化工和清洁能源系统的重要基础。气流床煤气化技术具有较高的碳转化率和冷煤气效率、较好的煤种适应性、高温高压下气固两相混合均匀等特点，，代表了大规模煤气化技术的发展方向。目前，作为干煤粉气流床气化技术典型代表之一的两段式干煤粉加压气化技术已成功应用于IGCC发电系统和煤化工项目。本文依托华能天津IGCC示范电站，针对两段式干煤粉加压气化炉进行了试验研究和数值模拟。 首次完成了工业规模的两段式干煤粉加压气化炉的气化试验研究。通过试验研究，掌握了气化炉的气化性能和运行特点，研究得到了氧煤比、蒸汽煤比和二段投煤比等操作参数对反应区温度和煤气成分的影响规律。长周期连续运行试验证明了该气化炉放大设计的可靠性，气化性能达到如下指标：碳转化率＞98.5%，有效气成分（CO+H2+CH4）为86.42%，冷煤气效率为83.6%，比氧耗和比煤耗（干燥无灰基）分别为321.0Nm3/1000Nm3有效气和486.7kg/1000Nm3有效气。试验结果表明，该气化炉的性能与国外同类装置的性能相当，且具有更高的冷煤气效率和碳转化率。 依据试验数据和气化炉运行特性，建立了气化炉一段反应室的三维计算模型，并确定了数值模拟的计算网格、边界条件，以及求解方法和策略。通过对计算模型的求解获得了气化炉出口煤气的温度和组成，并预测了炉内流场特性和组分分布。计算结果与试验数据吻合较好，验证了计算模型的合理性。研究发现，炉内的气化反应十分快速并且达到平衡，而且气化炉操作温度和水煤气变换反应在气化反应过程中具有重要作用。 本文的研究对两段式干煤粉加压气化反应过程的进一步提升，为气化炉的结构改进和技术推广打下了良好的基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。
【关键词】：煤气化 两段式气化炉 气化试验 性能指标 数值模拟
【学位授予单位】：西安热工研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ541
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 论文研究背景11
• 1.2 气流床煤气化技术11-17
• 1.2.1 煤气化基本原理11-13
• 1.2.2 气流床煤气化技术13-14
• 1.2.3 两段式干煤粉加压气化技术14-17
• 1.3 煤气化模拟研究概况17-19
• 1.3.1 煤气化数值模拟的意义17
• 1.3.2 煤气化数值模拟研究概况17-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 2 两段式干煤粉加压气化试验21-38
• 2.1 试验系统和试验过程21-26
• 2.1.1 工艺流程和系统21-24
• 2.1.2 试验过程和方法24-26
• 2.2 试验数据的采集和处理26-28
• 2.2.1 试验数据的采集26-27
• 2.2.2 试验数据的处理27-28
• 2.3 试验条件28-30
• 2.3.1 气化压力和温度28
• 2.3.2 试验煤种的煤质特性28-29
• 2.3.3 煤粉粒度和水分29
• 2.3.4 性能指标期望值29-30
• 2.4 试验结果与讨论30-37
• 2.4.1 一段气化试验30-34
• 2.4.2 两段气化试验34-36
• 2.4.3 试验的误差分析36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 气流床气化过程的计算模型38-54
• 3.1 气流床气化模型的分析38-41
• 3.1.1 气相湍流流动模型38-39
• 3.1.2 离散相模型39-40
• 3.1.3 辐射模型40
• 3.1.4 反应模型40-41
• 3.2 气化炉的计算模型41-49
• 3.2.1 计算的数学模型41-48
• 3.2.2 模型假设和简化48
• 3.2.3 计算的物理模型48-49
• 3.3 模拟计算的方法49-52
• 3.3.1 计算域和网格划分49-50
• 3.3.2 边界条件50-52
• 3.3.3 求解方法和策略52
• 3.4 本章小结52-54
• 4 计算模型的验证与结果分析54-66
• 4.1 网格无关性验证54-55
• 4.2 计算模型的验证55-57
• 4.3 模拟结果分析和讨论57-64
• 4.3.1 流场特点57-59
• 4.3.2 温度分布59
• 4.3.3 煤气组分的分布59-64
• 4.4 误差分析64
• 4.5 本章小结64-66
• 5 结论与展望66-68
• 5.1 本文的主要结论及创新66-67
• 5.1.1 本文的主要结论66-67
• 5.1.2 本文的创新点67
• 5.2 研究展望67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间取得的研究成果72

【参考文献】

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本文编号：354280