煤炭气化气流床气化炉的数学模拟

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1、第!"卷第"期煤炭转化#$%&!"’$&"!(()年)(月*+,-*+’#./01+’+23&!(()4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444煤炭气化气流床气化炉的数学模拟5步学朋)6彭万旺)6徐振刚!6摘要简要介绍了煤炭气流床气化的原理7总结了到目前为止煤炭气化气流床气化炉数学模拟情况7包括简单平衡模型和动力学模型8一维或多维67给出了这些数学模型模拟的主要内容8对气化过程流体力学9热力学9化学反应和质量9能量及动量平衡考虑情况6和模型的主要结论7以及典型气流床气化炉的模拟煤气组成和煤炭转

2、化率数值与实验值或实际操作值的比较情况7结果显示主要组分模拟误差较小:关键词煤炭气化7气流床气化7数学模拟中图分类号;<=!>造7而我国第一座1O**示范电厂也已立项7其气化(引言岛也将采用气流床气化工艺:因此应重视对气流床气化工艺的研究及开发工作:煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一7它以对气化炉气化过程数学模拟的研究不仅有利于提高碳转化率9冷煤气效率7降低气化过程的氧耗及深入了解气化过程规律7而且可以用于指导气化炉煤耗为目标7并向加压及液态排渣9大型化等方向发设计及生产过程优化控制:对气流床气化炉的数学展7从而达到改善环境及降低产品成本的目的:加压模拟主要始于!(世纪P(年代7国内

3、外对此进行了气流床气化技术是国内外优先发展方向之7气流床大量研究7取得了许多成果:气化技术有如下特点?@能够气化任何变质程度的煤及煤的加氢残渣9石油焦等AB气化强度很高7碳)气流床气化原理转化率高AC产品煤气中不含焦油和酚类物质7环境友好AD其缺点是氧耗高9需设置磨粉9显热回收T&T气流床气化过程描述及除尘等较庞大的辅助装置:已工业化或正在示范从气流床气化工艺分析看7煤粉8或水煤浆6与的加压气流床气化技术包括湿法加料的;EFG2$7气化剂8+经喷嘴喷入气化炉的燃烧区7由于!UV!+6HEI3E2和干法加料的0JE%%7KLEMN%$及O0K等7并气化炉该处温度高达)=((WX!(((

4、W7因此煤粉在世界范围内得到广泛应用:受热升温速度很快8Y)("WUI67可认为煤粉中的我国!(世纪P(年代先后进行过熔渣炉气化及残余水分快速8瞬间6蒸发7同时由于热分解反应速QR;气化研究7也建立过工业化装置7后因耐火材度大大高于煤粉的燃烧及气化反应速度7所以细小料等问题而停止:!(世纪S(年代后在鲁南化肥厂9的煤粉颗粒开始发生快速热分解7即脱挥发分7生成上海焦化有限公司9渭河化肥厂9淮南化肥厂等引进半焦和气体产物:在富含氧气及高温条件下7挥发分了;EFG2$气化炉用于生产合成氨及甲醇7通过多中的活性可燃成分如*+7V及焦油与+发!7*V"!年的实践积累了丰富的经验7已达到了长周期

5、9高负生气相燃烧反应7生成*+和V并放出大量热!!+7荷9安全和稳定运行的要求7且在喷嘴9耐火砖及水量供煤粉继续热解及气化反应的进行:由于气相燃煤浆泵等设备国产化方面取得了突破性进展:目前7烧反应速度很快7因此一般认为在氧气存在的情况利用干法加料的0JE%%气化工艺正用于某化肥厂改下7上述气相燃烧反应达到完全7亦即在氧气存在5国家Z九五[科技攻关计划项目8>PR,!R(!R(!R(=6)6高级工万方数据程师A!6研究员7煤炭科学研究总院北京煤化学研究所7)((()]北京收稿日期?!(()R()R)A修回日期?!(()R(=R!(R煤炭转化%HHE年时!气相中不含"#!$及焦油’煤

6、中的挥发分反应平衡时的煤气组成及平衡温度’项友谦DSG用能%!"$&析出后!发生半焦燃烧及气化反应!与水蒸气及"#量最小原理!建立了加压气化平衡模型!并用&种方%反应!如此时仍有氧气存在!则在气相中仍发生"#法对微分方程求解’模拟结果显示平衡模型对气流床的模拟效果要好于固定床’B1:T9C58CDEHG提出平和$燃烧反应’气化炉中的氧气反应完后!半焦与%水蒸气("#和$等继续发生气化反应!同时气相衡模型!通过质量和能量平衡及反应平衡方程式关%%联!可以得到产品煤气组成(产率和最佳适宜温度!中还有水煤气变换反应和甲烷裂解反应等’对气流并对S种气化炉型的工业化和半工业化气化数据进床气化!

7、一般将变换反应和甲烷化反应视为平衡反行了比较’对产品煤气中的"#和$含量误差在U应’%从如上分析可以认为在对气流床模拟时!考虑H’EM之内!$%.和"#.浓度可以准确的预测!但气化炉中气固相的组成分别为气相)#"#%预测值的准确性要差一些’结果还表明该模型%!$%#!"#%!对气流床气化炉模拟效果最好!流化床次之!而固定"#!$%!"$&!*%+或*$,-!$%.+/"#.-!0123固床由于一些不确定因素如挥发分含量组成等的存相)"!$!#!*!.!45