新型常壓連續(xù)煤氣化爐的性能研究.pdf

1、目前，國(guó)內(nèi)中小型化工企業(yè)多采用傳統(tǒng)的常壓間歇式固定床氣化爐，屬于逐步淘汰型的煤氣化技術(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行改造。經(jīng)分析比較，常壓干煤粉氣流床氣化爐被認(rèn)為是較為合適的改造爐型。
　　本文利用ANSYS軟件，首先對(duì)冷態(tài)工況，常壓條件下的旋噴式干煤粉氣化爐和對(duì)噴式干煤粉氣化爐進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了兩種氣化爐爐內(nèi)流場(chǎng)及顆粒停留時(shí)間的分布情況，考察了不同操作參數(shù)（氣化劑進(jìn)口流速、顆粒直徑、顆粒密度）及結(jié)構(gòu)參數(shù)（噴嘴高度、燃燒室爐高、出口直徑）對(duì)氣

2、化爐內(nèi)顆粒停留時(shí)間分布的影響，可以發(fā)現(xiàn)：
　　旋噴爐爐內(nèi)流場(chǎng)為外側(cè)速度大、內(nèi)側(cè)速度小的中心對(duì)稱旋轉(zhuǎn)梯度場(chǎng)。對(duì)噴爐爐體中心對(duì)撞區(qū)形成的上下兩股流體在噴嘴上下區(qū)域附近形成了范圍較大的回流區(qū)，爐內(nèi)上側(cè)回流區(qū)較小，下側(cè)回流區(qū)較大。旋噴爐和對(duì)噴爐爐內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡大多集中在湍流強(qiáng)度及湍動(dòng)能較大的區(qū)域。隨著進(jìn)口速度V、顆粒直徑d、顆粒密度ρ、出口直徑D增加，顆粒平均停留時(shí)間tm和顆粒最短停留時(shí)間τ逐漸減小，且tm和τ隨d的減幅較隨ρ更大；隨著燃

3、燒室爐高H0增加，tm和τ逐漸增大；隨著噴嘴距爐頂距離H的增大，tm和τ先增大后減小，當(dāng)H=1150mm時(shí)，tm和τ達(dá)到最大，最大值分別為8.60s和2.25s。相同條件下，對(duì)噴爐的tm和τ均高于旋噴爐。
　　然后，對(duì)熱態(tài)工況，常壓條件下的頂噴式干煤粉氣化爐和對(duì)噴式干煤粉氣化爐進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了兩種氣化爐爐內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的分布情況，并基于模擬結(jié)果，計(jì)算得到了兩種氣化爐的氣化性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中：
　　頂噴爐出口有效

4、氣含量為61.8％，碳轉(zhuǎn)化率為93.00%，煤氣產(chǎn)率為2.44Nm3/kg，冷煤氣效率為74.45%。對(duì)噴爐出口有效氣含量為62.2%，碳轉(zhuǎn)化率為93.75%，煤氣產(chǎn)率為2.46Nm3/kg，冷煤氣效率為75.39%。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)噴爐出口有效氣含量、碳轉(zhuǎn)化率、煤氣產(chǎn)率和冷煤氣效率均優(yōu)于頂噴爐。
　　最后，對(duì)熱態(tài)工況，常壓條件下的對(duì)噴式干煤粉氣化爐進(jìn)行了優(yōu)化分析，考察了不同操作參數(shù)（水蒸汽流量、氧氣流量、平均顆粒直徑、顆粒密度）

5、和結(jié)構(gòu)參數(shù)（出口直徑、噴嘴高度）對(duì)對(duì)噴式干煤粉氣化爐氣化性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，可以發(fā)現(xiàn)：
　　在保證一定碳轉(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)率的前提下，提高氣化劑中水蒸汽流量有利于增大對(duì)噴爐出口有效氣含量和冷煤氣效率。
　　雖然提高氣化劑中氧氣流量有利于增大碳轉(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)率，但同時(shí)也減小了對(duì)噴爐出口有效氣含量和冷煤氣效率，增大了比氧耗。因此，當(dāng)氧氣流量為4375Nm3/h時(shí)較為合理，對(duì)應(yīng)的對(duì)噴爐出口有效氣含量為62.2%，碳轉(zhuǎn)化率為93.75%

6、，煤氣產(chǎn)率為2.46 Nm3/kg，冷煤氣效率為75.39%。
　　在磨煤工藝許可，設(shè)備許可和不影響對(duì)噴爐正常排渣的前提下，減小煤粉顆粒的平均顆粒直徑，選取顆粒密度較小的煤種和減小出口直徑有利于增大對(duì)噴爐出口有效氣含量，提高碳轉(zhuǎn)化率、煤氣產(chǎn)率、冷煤氣效率。
　　當(dāng)噴嘴距爐頂距離為1150mm時(shí)，對(duì)噴爐出口有效氣含量、碳轉(zhuǎn)化率、煤氣產(chǎn)率、冷煤氣效率同時(shí)達(dá)到最大，最大值分別為64.5%、96.1%、2.50Nm3/kg、79.3