【摘要】：當(dāng)前我國(guó)煤化工行業(yè)中存在著諸多采用常壓固定床氣化技術(shù)的中小型化工企業(yè),其產(chǎn)能落后,污染嚴(yán)重,急需升級(jí)改造。加壓煤氣化技術(shù)雖日趨成熟,但設(shè)備投資極大,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高,中小型化工企業(yè)難以承受。常壓氣流床煤氣化技術(shù)具有投資成本低、效率與環(huán)保性兼顧的特點(diǎn),是中小型煤化工企業(yè)設(shè)備升級(jí)的最優(yōu)選擇。本文提出了一種常壓干煤粉強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流床氣化技術(shù),并對(duì)造氣量30000Nm3/h的氣化工藝主要單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用實(shí)驗(yàn)室單相試驗(yàn)、氣固兩相試驗(yàn)、數(shù)值模擬和工業(yè)試驗(yàn)的方法對(duì)常壓干煤粉強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流床氣化爐內(nèi)流動(dòng)及氣化特性進(jìn)行研究,對(duì)爐內(nèi)水冷壁渣層熱應(yīng)力的變化進(jìn)行模擬。并根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果,提出該氣化工藝主要單元的優(yōu)化方案。目前優(yōu)化方案的相關(guān)設(shè)備已安裝完畢,尚未進(jìn)行熱態(tài)調(diào)試。采用熱重實(shí)驗(yàn)對(duì)氣化爐設(shè)計(jì)煤種-三星煤的氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,確定其為可供氣化用煤種。在氣化爐平衡模型的基礎(chǔ)上,考慮爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算,提出一種考慮水冷壁吸熱的氣流床氣化爐熱力計(jì)算方法。利用該方法,完成一臺(tái)造氣量30000Nm3/h的常壓干煤粉強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流床氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用飄帶示蹤法、水膜示蹤法以及三維激光相位多普勒測(cè)速儀對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)特性進(jìn)行研究,得出了不同爐體給氣化劑比例對(duì)于爐內(nèi)流場(chǎng)的影響規(guī)律。試驗(yàn)表明:爐內(nèi)產(chǎn)生了穩(wěn)定的中心回流區(qū),回流區(qū)偏離筒體中心,不同水平截面上中心回流區(qū)的面積隨爐體給氣化劑比例的減小而減小。貼壁流動(dòng)的氣流在爐內(nèi)的行程隨爐體給氣化劑比例的減小而顯著縮短。高速旋轉(zhuǎn)氣流集中于近壁面區(qū)。在第二只爐體給氣化劑噴嘴中心及以下截面上,顆粒體積流量峰值出現(xiàn)在近壁面區(qū),中心回流區(qū)內(nèi)顆粒體積流量較低。采用數(shù)值模擬方法研究不同氧煤比下氣化爐內(nèi)的燃燒及氣化特性。計(jì)算表明:溫度分布呈現(xiàn)壁面高,中心低的特點(diǎn),爐體給氣化劑噴嘴區(qū)附近壁面最高溫度約3000K。煤粉的燃燒反應(yīng)主要發(fā)生在上部爐壁上,氣化反應(yīng)主要發(fā)生在高溫區(qū)內(nèi)邊沿附近。對(duì)造氣量30000Nm3/h的常壓干煤粉氣流床氣化工藝進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:(1)氣化爐排渣順暢,合成氣中有效氣成分較高,但爐內(nèi)上部壁面溫度較高,SiC層及銷(xiāo)釘燒損嚴(yán)重。(2)廢熱鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)接近設(shè)計(jì)值,爐內(nèi)未見(jiàn)結(jié)渣與積灰,運(yùn)行穩(wěn)定。(3)粉煤倉(cāng)、鎖斗與給料罐的設(shè)計(jì)以及旋轉(zhuǎn)閥的選用存在問(wèn)題。對(duì)常壓干煤粉強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流床氣化爐渣層熱應(yīng)力的變化進(jìn)行模擬研究。計(jì)算表明:渣層內(nèi)部等效熱應(yīng)力隨著溫度降低逐漸升高,并在渣層內(nèi)部呈連續(xù)性分布;在降溫過(guò)程中,渣層受拉應(yīng)力影響;在初始液-固界面附近,第一主應(yīng)力分布曲線上出現(xiàn)峰值(72MPa),表明在該位置最有可能出現(xiàn)裂紋。根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果,提出煤粉加壓及輸送、氣化爐及廢熱鍋爐單元的優(yōu)化方案,并對(duì)優(yōu)化后的氣化爐進(jìn)行單相冷態(tài)試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究。單相冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明:氣化爐內(nèi)流場(chǎng)可以分為上部返混區(qū)、上部折射區(qū)、水平射流區(qū)、中心切圓區(qū)、下部折射區(qū)以及下部返混區(qū)。數(shù)值計(jì)算表明:煤粉與氣化劑反應(yīng)主要發(fā)生在射流邊緣,爐內(nèi)高溫區(qū)主要集中在噴嘴射流所形成的切圓附近;出口溫度為1602K,滿足賽蒙特爾煤液態(tài)排渣的要求;有效氣成分(CO+H2)達(dá)到89.1%。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK229.66
【圖文】：

煤氣化是指將煤與氣化劑（空氣．、0２、ｈ２ｏ以及ｃｏ２等）在定的溫度和逡逑壓力下進(jìn)行反應(yīng)，使煤中的可燃組分轉(zhuǎn)化成煤氣（ＣＯ、Ｈ２以及ＣＨ４等）的過(guò)逡逑程［１１，１２］。煤氣化過(guò)程一般認(rèn)為可分為兩步：首先是煤在加熱過(guò)程中熱解，脫除逡逑揮發(fā)分后生成煤焦；其次是煤焦與氣化劑反應(yīng)氣化反應(yīng)，生成煤氣。逡逑熱解是煤炭的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的第 ？步，可以被描述為：煤中的機(jī)基質(zhì)逡逑發(fā)生熱降解，并獲得一系列固體，液體和氣體產(chǎn)物的過(guò)程［１３］。熱解過(guò)程會(huì)影響逡逑煤焦的孔隙率以及表面形貌，進(jìn)而影響到煤焦的反應(yīng)活性［１４］。煤焦的形成過(guò)程逡逑要遠(yuǎn)快于其氣化反應(yīng)過(guò)程，因此普遍認(rèn)為煤碳的氣化反應(yīng)主要受煤焦的氣化反逡逑應(yīng)影響［１５］。逡逑煤氣化反應(yīng)的詳細(xì)歷程如下：逡逑（１）煤炭的熱解過(guò)程逡逑在該階段中，隨溫度的升高，媒碳最終出現(xiàn)揮發(fā)分釋放，只殘存豐焦與焦逡逑炭的現(xiàn)象。ｔ般認(rèn)為煤碳的熱解過(guò)程可分為如下三個(gè)部分［１２，１６，１７］：逡逑（ｉ）煤炭干燥脫吸附階段（室溫￣３００°Ｃ）逡逑該階段煤炭的反應(yīng)歷程如圖１－１所示》逡逑

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｕｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｃｏｌｌｏｉｄ逡逑（ｉｉｉ）半蠢轉(zhuǎn)化為焦炭的階段（５５０￣１０５０0Ｃ）逡逑該階段以縮聚反應(yīng)為電，也被稱為次脫氣階段，反應(yīng)歷程如圖１－３所示。逡逑５５０°ｃ邋ｌ＝＞邐７５０°ｃ邐１＝＞邐１０灻逡逑ｒ邋ｒ逡逑半焦分解析出大量的氣體，半崔繼續(xù)分解，同時(shí)發(fā)生逡逑羞要是ｈ２和少勺ｃｈ４，邐縮聚，＿芳香碳網(wǎng)不斷X棿簀義匣舊喜徊緞溴翁冀峁溝ピ吶帕杏行蚧義轄徊絏椙�，最后转化硲亓x銜獇杼垮義賢跡保嘲耄棺固康姆從體義希疲椋紓澹保沖澹遙澹幔悖簦椋錚鑠澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹錚駑澹簦瑁邋澹悖幔潁猓錚悖錚幔戾澹悖瑁幔睿紓澹溴澹椋睿簦镥澹悖瑁幔蟈義希ǎ玻┟旱鈉體義廈浩討械姆從煞治歟啵ㄆ蹋┓從τ刖啵ㄆ啵┓從Α非罷咤義鮮侵鈣澹òㄆ劣肫從Σ錚┯牘燙澹夯蠣航梗┑姆從Γ緩笳呤清義現(xiàn)覆煌澹ǚ從Σ鎘肫粒┲淶姆從Α繁恚保彼疚喙匾煜嚳從灣義暇嚳從σ約岸雜Φ娜刃вΓ郟歟媯眨梗蕁ｅ義顯詒恚保彼鏡姆從χ�，窂摩＿b欏ⅲ遙澈停遙純梢勻銜敲浩討兇鈧劐義弦姆從Α７從Γ遙槲湃確從�，可視灙＿b澈停遙村澹ㄎ確從Γ┨峁┓從λ璧膩義先瑞福遙澈停遙捶從ι捎行Ш銑善澹茫壩耄齲�。窂摩＿b贛耄遙雇ǔＴ詿呋鏈駑義顯詰奶跫虜趴梢越�。灾o導(dǎo)噬�，煤炭气化的目标产品以掗`僑劑掀蟈義匣ぴ掀

本文編號(hào)：2752887