三段式氣化爐煤氣化制合成氣過程的數值研究.pdf

1、能源是社會發(fā)展和經濟增長所依賴的重要物質基礎以及不可或缺的生產要素。不可再生能源仍然發(fā)揮著主要作用。其中，煤炭資源于中國乃至世界都非常重要，而且在今后很長一段時間內將繼續(xù)保持主要地位，因此對煤炭的清潔利用將變得十分重要。潔凈煤技術中氣流床氣化爐在加壓條件下將煤粉與水蒸氣通過氣化反應產生清潔燃料-合成氣逐漸得到重視。本文采用Fluent對一種三段式氣流床氣化爐在加壓條件下進行煤粉加水蒸氣產生含有一氧化碳和氫氣的合成氣的氣化反應過程進行數值

2、模擬研究。
　　已針對數值模擬過程擬采用的模型進行有效性驗證，驗證方法為將擬采用的模型用于模擬現役工業(yè)兩段式氣化爐，本文已分別對三種煤種進行數值模擬，將兩段式氣流床氣化爐的模擬結果與其試驗結果進行了對比，結果表明主要參數誤差均不大于5％，說明這些模型是有效的。
　　采用已經驗證過的模型模擬三段式氣流床氣化爐在加壓條件下的煤粉加水蒸氣的氣化過程。采用正交分析法分析氣化因素對氣化效果的影響，已重點分析各組分在氣化爐內的分布情況以

3、及氣化爐各個部分發(fā)生的氣化反應過程。
　　在三段式氣流床氣化爐中，氣化溫度隨著一段燃燒室中氧氣質量與煤粉質量的比，Ro/c，的增加而升高，這是因為煤粉與氧氣發(fā)生的氣化反應隨著氧氣含量增加而強化，該放熱反應放出的熱量也逐漸增多。一氧化碳隨著進入二段回流室中水蒸氣的質量與煤粉質量的比，Rh/c，的增加而降低，一方面這是因為發(fā)生了水氣置換反應，另一方面是因為當Rh/c較高時，過量的蒸汽會對產物中的有效氣產生稀釋作用。當氣化壓力較高時，氣

4、化壓力對一氧化碳反應的影響開始變得顯著起來，一氧化碳隨著氣化壓力的增加而逐漸增加。H2的摩爾分數隨著Rh/c的增加而增加，這是因為發(fā)生了水氣置換反應;H2的摩爾分數隨著壓力的增加逐漸降低，這是因為炭與水蒸氣的反應受壓力影響很大，壓力過大會抑制炭與水蒸氣的反應。
　　采用正交分析法對氣化因素對氣化效果的影響進行了分析，結果表明，按照降序排列，對炭轉化率的影響程度為pt＞Ro/c＞Rh/c;對有效氣含量的影響程度為Ro/c＞pt＞Rh

5、/c;對冷煤氣效率的影響程度為Ro/c＞pt＞Rh/c。炭轉化率的最佳因素組合為pt=3MPa，Ro/c=1.2，Rh/c=0.1;有效氣含量的最佳因素組合為pt=3MPa，Ro/c=0.8，Rh/c=0.08;冷煤氣效率的最佳因素組合為pt=4MPa，Ro/c=1.2，Rh/c=0.08。通過對數值模擬的綜合分析對比，建議該三段式氣流床氣化爐的最佳運行條件組合為pt=3MPa，Ro/c=1.0，Rh/c=0.08，該最佳運行條件為所設