加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化試驗(yàn)與模型研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)的主要能源，煤氣化是煤炭高效清潔利用的主要技術(shù)之一。相對(duì)于粉煤高溫氣化，流化床溫和氣化的反應(yīng)溫度較低，因此對(duì)氣化設(shè)備、耐火材料以及氧耗等方面的要求不高。該氣化技術(shù)特別適用于我國(guó)儲(chǔ)量豐富的高灰熔點(diǎn)煤的氣化，但也存在氣化效率較低以及不易大型化等難題。
　　 本文提出了一種加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化新工藝，通過實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等手段對(duì)其氣化行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。從4個(gè)層面依次開展研究工作，包括：基于小波模極大值的鼓泡

2、流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化流型轉(zhuǎn)變特性研究，循環(huán)流化床的流型辨識(shí)與循環(huán)通量研究、加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化熱態(tài)試驗(yàn)研究以及加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化數(shù)學(xué)修正模型和數(shù)值試驗(yàn)研究。
　　 在提升管直徑為60mm，高度為5.5m的不循環(huán)的冷態(tài)流化床試驗(yàn)裝置上，使用基于信號(hào)奇異性檢測(cè)的小波模極大值法，研究鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的流型轉(zhuǎn)變特性，獲得相應(yīng)的流型轉(zhuǎn)變初始速度。使用壓力波動(dòng)平均振幅法和標(biāo)準(zhǔn)偏差法對(duì)壓力波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，得到的轉(zhuǎn)變初始速度相互

3、之間最大標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.8％，說明這三種方法均能正確判斷鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的流型轉(zhuǎn)變初始速度。與后兩種方法相比，小波模極大值法有使用數(shù)據(jù)量少、分析速度快的優(yōu)點(diǎn)。使用該方法對(duì)鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的流型轉(zhuǎn)變特性的研究未見報(bào)道。
　　 在上述冷態(tài)試驗(yàn)裝置上增加循環(huán)返料系統(tǒng)，構(gòu)建循環(huán)流化床冷態(tài)試驗(yàn)裝置。根據(jù)鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的流型轉(zhuǎn)變特性研究成果，使用小波模極大值法和理論分析相結(jié)合的方法對(duì)循環(huán)流化床流型進(jìn)行辨識(shí)。研究表明：使用

4、寬篩分的床料參與循環(huán)，有助于形成“下部湍動(dòng)，上部快速環(huán)核”的流型結(jié)構(gòu)。在該裝置上對(duì)熱態(tài)試驗(yàn)使用的寬篩分床料進(jìn)行循環(huán)通量研究，結(jié)果表明：表觀風(fēng)速由3.4提高到4.4m/s時(shí)，固體循環(huán)通量由16.6增加到47.4kg/(m2s)，但風(fēng)速繼續(xù)增加，循環(huán)通量的增大速度會(huì)減緩。
　　 根據(jù)上述研究成果，構(gòu)建了最大熟輸入0.1MWth、氣化壓力0.1-0.5MPa、提升管高度6.8m、下部?jī)?nèi)徑70mm以及上部?jī)?nèi)徑60mm的變直徑小型加壓循環(huán)

5、湍動(dòng)流化床煤氣化試驗(yàn)裝置。成功進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，此工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本合理，整個(gè)系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。首次將氣化劑高溫預(yù)熱技術(shù)應(yīng)用于加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化工藝，氣化劑預(yù)熱溫度由400℃提高到700℃時(shí)，煤氣熱值提高21%;加壓試驗(yàn)中碳轉(zhuǎn)化率由常壓的57.52%增加到0.5MPa的80.48%;在空氣-煤化學(xué)當(dāng)量比為0.35以及蒸汽煤比為0.38kg/kg時(shí)，煤氣熱值、碳轉(zhuǎn)化率等達(dá)到最大值。
　　 采用吉布斯自由能最

6、小化法建立煤氣化反應(yīng)平衡模型，該模型能夠預(yù)測(cè)氣化反應(yīng)基本規(guī)律，但是計(jì)算準(zhǔn)確性較差?；貧w熱態(tài)試驗(yàn)獲得的碳轉(zhuǎn)化率和甲烷產(chǎn)率，將其用于平衡模型的動(dòng)力學(xué)修正，建立界于熱態(tài)試驗(yàn)操作參數(shù)范圍之內(nèi)的加壓循環(huán)湍動(dòng)流化床煤氣化數(shù)值計(jì)算核心模型。修正后的模型計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。煤氣化試驗(yàn)眾多操作參數(shù)之間會(huì)相互產(chǎn)生影響，通過數(shù)值試驗(yàn)對(duì)熱態(tài)試驗(yàn)無法完成的單-影響因素的影響效果進(jìn)行研究。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明：空氣-煤化學(xué)當(dāng)量比和蒸汽煤比分別存在適宜操作區(qū)域，