三段式气化炉煤气化制合成气过程的数值研究

发布时间：2020-06-04 18:50

【摘要】：能源是社会发展和经济增长所依赖的重要物质基础以及不可或缺的生产要素。不可再生能源仍然发挥着主要作用。其中,煤炭资源于中国乃至世界都非常重要,而且在今后很长一段时间内将继续保持主要地位,因此对煤炭的清洁利用将变得十分重要。洁净煤技术中气流床气化炉在加压条件下将煤粉与水蒸气通过气化反应产生清洁燃料-合成气逐渐得到重视。本文采用Fluent对一种三段式气流床气化炉在加压条件下进行煤粉加水蒸气产生含有一氧化碳和氢气的合成气的气化反应过程进行数值模拟研究。已针对数值模拟过程拟采用的模型进行有效性验证,验证方法为将拟采用的模型用于模拟现役工业两段式气化炉,本文已分别对三种煤种进行数值模拟,将两段式气流床气化炉的模拟结果与其试验结果进行了对比,结果表明主要参数误差均不大于5%,说明这些模型是有效的。采用已经验证过的模型模拟三段式气流床气化炉在加压条件下的煤粉加水蒸气的气化过程。采用正交分析法分析气化因素对气化效果的影响,已重点分析各组分在气化炉内的分布情况以及气化炉各个部分发生的气化反应过程。在三段式气流床气化炉中,气化温度随着一段燃烧室中氧气质量与煤粉质量的比,Ro/c,的增加而升高,这是因为煤粉与氧气发生的气化反应随着氧气含量增加而强化,该放热反应放出的热量也逐渐增多。一氧化碳随着进入二段回流室中水蒸气的质量与煤粉质量的比,Rh/c,的增加而降低,一方面这是因为发生了水气置换反应,另一方面是因为当Rh/c较高时,过量的蒸汽会对产物中的有效气产生稀释作用。当气化压力较高时,气化压力对一氧化碳反应的影响开始变得显著起来,一氧化碳随着气化压力的增加而逐渐增加。H2的摩尔分数随着Rh/c的增加而增加,这是因为发生了水气置换反应;H2的摩尔分数随着压力的增加逐渐降低,这是因为炭与水蒸气的反应受压力影响很大,压力过大会抑制炭与水蒸气的反应。采用正交分析法对气化因素对气化效果的影响进行了分析,结果表明,按照降序排列,对炭转化率的影响程度为ptRo/cRh/c;对有效气含量的影响程度为Ro/cptRh/c;对冷煤气效率的影响程度为Ro/cptRh/c。炭转化率的最佳因素组合为pt=3MPa,Ro/c=1.2,Rh/c=0.1;有效气含量的最佳因素组合为pt=3MPa,Ro/c=0.8,Rh/c=0.08;冷煤气效率的最佳因素组合为pt=4MPa,Ro/c=1.2,Rh/c=0.08。通过对数值模拟的综合分析对比,建议该三段式气流床气化炉的最佳运行条件组合为pt=3MPa,Ro/c=1.0,Rh/c=0.08,该最佳运行条件为所设计的九个条件中的条件2,该条件下有效气含量为95.97%,炭转化率为99.49%,冷煤气效率为89.9%。
【图文】：

结构图,一次能源消费,结构图,煤炭

逡逑图１－１展示了邋２０１５年我国能源消费的分布状况［１Ｑ］，，可以很明显的看出煤炭占逡逑整个能源消耗的比重最大，约６７％左右，石油次之，约占１８％。逡逑１％邋２％逡逑■水电逡逑■核能逡逑图１－１邋２０１５年我国一次能源消费结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１５逡逑从图ｉ－ｉ可以看出，煤炭是我国能源消耗的主要资源，在今后几十年内，煤炭逡逑资源消费的主体地位不会改变。逡逑然而，煤炭在作为主要能源来源的同时，也在向周围环境排放ＮＯｐ邋ＳＯｐ邋Ｃ０２、逡逑微粒、重金属以及其他痕量元素等污染物。相关资料显示，近十几年来地球大气逡逑层中的有害气体成分已明显升高；空气中的Ｃ０２增加了邋３０％，邋ＮＯｘ增加了邋１９％，逡逑ＣＨ４增加了邋１００％，大气中的ＣＦＣｓ邋（氟氯烃）和Ｓ０２含量也有不同程度的提高［１１］。逡逑据统计，全球Ｃ０２排放量在经历了邋２００９年的下降（降幅１％）及２０１０年激增（增逡逑幅５％）之后

能源转换,煤气化

（如蒸汽／空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有ｃｏ、ｈ２、逡逑ＣＨ４等可燃气体和Ｃ０２、Ｎ２等非可燃气体的过程。其产气的生产及利用和气化过逡逑程中能源的综合利用如图１－２所示，在这个系列流程中，煤在高温和适当的压力下逡逑经过在水蒸气和氧气的作用下气化成为由一氧化碳和氢气构成的合成气［１９］。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE665.3

【参考文献】