多段分级转化流化床煤气化炉气固流动特性的基础研究

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1、圆密级：中国科学院大学UniVersi够ofChineseAcademyofSciences博士学位论文二零一三年四月舢舢ⅢⅧ川咖㈣圳㈣删Y2382160E坠壁亟型匹星望±垒!量：星墨星坌堕鱼hQ照!h曼兰堑亟!Q≤妞鱼竖卫i鱼￡h目竖鱼鱼!星煎墨鱼堡墨Q￡坠垒丛丛i：墨!垒g星￡Q塾y星!=墨iQ塾E地i亟i圣星亟旦星鱼Q垒墨i鱼丛ByZhiyuW

2、angADisseIrtationSubmittedtoUniVersityofChineseAcademyofSciencesInpanial向lf

3、illmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyInstimteofCoalChemistry，ChineseAcademyofSciencesTai”an，Shanxi，P．R．ChinaAprial，2013致谢本论文在导师房倚天研究员和程中虎副研究员精心指导下完成。从选题、构思成篇到定稿无不花费了导师大量的心血。房老师渊博的知识、开阔的思路、勇于创新的精神、严谨的治学态度、立足科学前沿的国际化视野，是我今生永恒的动力。程老师严谨的治

4、学态度，忘我的工作精神，对学生无微不至的关怀，将永远铭刻在学生心中。衷心感谢王洋研究员、黄戒介研究员、毕继诚研究员、李文研究员、杨建丽研究员等老师在论文开题、中期汇报等各个环节上给予的建设性指导和帮助。感谢赵建涛研究员、张永奇副研究员、张林仙副研究员和李庆峰副研究员、王志青博士、李春玉博士、郝振华博士、张磊博士、聂伟等在论文中的建议和帮助。感谢夏立森、张尚武、毛子刚、胡振、郑伟、王鸿瑜、白秀刚、郭金霞、董立波、陈富艳、吕红、宋双双等老师在实验设备加工设计及操作等方面给予的帮助；感谢王志青博士在英文写

5、作修改中给予的帮助；学习期间，与李春玉、任海君、张邰、李风海、方惠斌、刘哲语、涂峰、郭晋菊、高松平、李俊国、张继柱、阎琪轩、郝海刚、朱全红、景旭亮、余钟亮、张乾、王建飞、刘鹏飞、郭姣姣、王海艳、周福勋、丁亮、杨鑫、宋素芳、陈伟博、黄国宝、张军伟、张戎等诸位师兄弟(姐妹)建立了深厚的感情，感谢他们在生活和工作中给予的帮助和支持。感谢同学汪根存、谌世英、王鹏飞、汪向磊、郑鹏、李永峰、董建会等其他朝夕相处的同学们，同窗友谊将永留心田!感谢辽宁科技大学籍校友张亮、郭晓颖、刘昔跃、白向国等，有了你们使我远在他

6、乡体会到了家的感觉。感谢研究生处王娜、訾丽萍、梁萍、原辉、韩丽娜老师几年来给予的无微不至的关怀，感谢图书馆、物资处和工厂等部门提供的诸多方便和热情帮助。最后，衷心感谢父母、舅舅、舅妈等家人多年来的理解和支持，你们的期盼是我不断拼搏、奋斗的动力。王志雨2013年4月摘要中国科学院山西煤炭化学研究所粉煤气化工程研究中心在借鉴已有灰熔聚流化床煤气化技术优点的基础上，开发了耦合灰熔聚技术和提升管技术的多段分级转化流化床煤气化炉，它不仅集合灰熔聚气化炉和提升管反应器的优点，而且具有梯级进料、分段进氧、煤分级转

7、化、气化炉体积利用率和气化效率高、结渣风险少等优点。它的设计理念是：采用灰熔聚流化床气化，提升管快速热解耦合集成，利用高温煤气，实现煤快速热解；依据热解半焦特性，构建煤热解、气化、燃烧的分级转化系统，提高总系统集成效率；耦合高温气化与热解，提高热利用率和产品调控灵活性。流化床反应器的气固流体力学特性与固体的停留时间有关，同时影响气固接触效率，传热和传质速率，化学反应的选择性和转化率。本文在多段分级转化流化床冷态实验装置上主要研究了多段分级转化流化床整体流体力学特性、提升管中颗粒速度和局部固体浓度径向

8、分布及其轴向发展、提升管中边壁层厚度以及颗粒聚团特性，得出以下结论：(1)多段分级转化流化床整体流动特性随固体循环量的增加，多段分级转化流化床固体浓度的轴向分布呈现出多种形式，适当的操作条件下，多段床的表观固体浓度轴向分布为具有多重流化区域的“￡”形分布；表观气速一定时，随固体循环量的增加，增加的固体在提升管和射流流化床(JFB)之间分配可以依次出现三种连续的固体分配形式；多段分级转化流化床的操作气速应该小于转变气速且在低或中等Re和高Gs／(p。Vt)的FF．JF区域操作。(2)提升管速度场及边壁

9、层厚度提升管中任何径向、轴向位置的颗粒速度均随操作气速的增大而增大，随循环量的增加而减小。操作条件对中心区颗粒速度变化的影响程度明显高于边壁区。颗粒的加速首先发生在提升管中心区域，然后向边壁区域扩展。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向逐渐增大，并且受操作气速影响比较大。一定的操作气速下，固体循环量的增加使提升管中气固流动状态从稀相气力输送过渡到快速流态化区域。当提升管处于快速流态化区域时，一定固体循环量摘要下，表观气速增加使提升管轴向各个位置的边壁层厚度减小；一定气速下