煤粉柔和气化的实验研究与模拟

来源 :中国科学院研究生院(工程热物理研究所) | 被引量 : 2次 | 上传用户:supergirl
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煤气化技术是发展高效低污染洁净煤技术的核心技术之一,国内外气化技术种类繁多,应用场合及煤种适应性都有所限制,且大多数采用高温高压液态排渣技术,炉膛温度高可以促进气化反应速率,提高碳转化率,有利于液态熔渣的顺利排出,与此同时高温需要额外的燃烧热来维持,比氧耗增大,合成气中CO2含量也会增大,对高灰熔点煤种的气化难度更高,操作温度要高于灰熔点温度才能保证气化高效顺利进行。因此本文依据柔和燃烧技术的优势,将无焰氧化的实现途径应用到煤粉气流床气化中,设计新型煤粉气流床气化喷嘴,在低于煤粉灰熔点的操作温度下实现煤粉的柔和气化,并在此基础上通过优化氧碳原子比及水蒸气煤比来提高煤气组分和碳转化率。柔和燃烧思想的关键点在于高速射流卷吸带来很高的烟气回流比,引射卷吸大量的高温烟气与初始入口反应物掺混及预热,提高反应物温度的同时降低局部氧浓度,高温低氧环境的燃烧速度减缓,反应物弥散到整个炉膛里进行空间化反应,燃烧效率高,无明显火焰锋面,温度均匀平均温度高,抑制NOx生成,降低CO排放。为实现基于柔和燃烧思想的煤粉柔和气化,作者主要完成的工作如下:(1)为柔和燃烧和气化试验台搭建煤粉气力输送装置,细致的分析了常压上出料发送罐小流量浓相气力输送特性,整理归纳了给煤量及固气比随特性参数的影响,为热态实验提供可靠稳定持续的供煤方案。(2)搭建小型直立式石英玻璃冷态气化炉,研究观察煤粉在有机玻璃模型炉内的冷态流场,主要观察不同喷嘴布置、不同出气方式下流场组织情况的变化,为数值模拟和热态实验提供直观认知和参考。(3)冷态数值模拟了煤粉炉喷嘴不同结构布置参数下的流场组织变化,从不同的喷嘴大小、喷嘴间距及偏心布置分别分析其对柔和燃烧流场参数特性的影响。(4)搭建热态试验台,实现煤粉的稳定着火及煤粉的柔和燃烧,在模拟优化较好的气化炉喷嘴结构上开展煤粉柔和气化实验,并调节合适的氧碳原子比和水蒸气煤比来获得较高的煤气热值及碳转化率。最后,在柔和燃烧(无焰氧化)实现途径的基础上,通过优化氧碳原子比和水蒸气煤比,初步实现了基于柔和燃烧思想的常温常压下空气煤粉气流床柔和气化技术,并在氧碳原子比为1.05、水蒸气煤比O.1kg/kg下达到较好的合成气热值及碳转化率,分别为3.59MJ/Nm3和72.4%。
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