【摘要】：因?yàn)檠h(huán)流化床(CFB)具有較高的氣固接觸效率、加強(qiáng)了傳熱傳質(zhì)性能,所以在燃燒、氣化、催化裂化等化工過程中被廣泛應(yīng)用。然而,在傳統(tǒng)的CFB氣化爐中,熱解過程和氣化過程發(fā)生在同一個(gè)反應(yīng)器中,熱解所產(chǎn)生的焦油、輕質(zhì)烴類氣體和氫氣嚴(yán)重阻礙了半焦的氣化。為了保持催化劑的活性,提高半焦的氣化效率,熱解過程和氣化過程應(yīng)被分開�；谶@個(gè)理念,Tsutsumi等人提出了三塔循環(huán)流化床(TBCFB)的新概念。TBCFB主要由下行床(熱解器)、鼓泡流化床(BFB)(氣化爐)和提升管(燃燒器)組成。在TBCFB中,首先,煤在下行床熱解器中快速熱解,然后,產(chǎn)生的氣體和焦油通過氣體分離器與半焦分離。隨后生成的半焦進(jìn)入BFB氣化爐進(jìn)行水蒸氣氣化。未反應(yīng)的半焦從BFB流出,進(jìn)入提升管燃燒器,在氧氣的作用下燃燒,將燃燒所生成的熱量傳遞給載熱顆粒。大量的熱載體顆粒在系統(tǒng)中循環(huán),將熱量從提升管中攜帶到下行床和鼓泡床,用于煤炭熱解和半焦氣化。為了能夠高效利用提升管中碳燃燒所產(chǎn)生的熱量,在整個(gè)循環(huán)過程中,系統(tǒng)必須在高固體顆粒循環(huán)通量的條件下運(yùn)行。本文中,通過歐拉-歐拉雙流體模型耦合拉格朗日離散相模型(作為示蹤顆粒)的方法,模擬高密度高循環(huán)通量連續(xù)進(jìn)/出料的鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)行為,分析顆粒動(dòng)量并優(yōu)化進(jìn)料管位置和直徑。發(fā)現(xiàn)了從入口到出口的特殊U形流和雙旋渦流動(dòng)軌跡。從數(shù)據(jù)結(jié)果來看,通過進(jìn)料管的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)延長物料停留時(shí)間并將循環(huán)通量提高到1200 kg/m~2。顆粒在下行床中受重力和載氣曳力的作用下迅速下降,停留時(shí)間極短,這就導(dǎo)致會存在部分顆粒,未發(fā)生完全的熱解反應(yīng)就進(jìn)入鼓泡床,阻礙鼓泡床中的氣化反應(yīng)。于是在下行床出口位置設(shè)置變徑,通過縮小直徑來提高固含率形成移動(dòng)層,使下行床中未完全反應(yīng)的煤顆粒在該移動(dòng)層中繼續(xù)熱解。通過對變徑位置以及連接鼓泡流化床和下行床的慣性快速氣固分離器中氣固兩相流動(dòng)的模擬,探索該部分的最佳結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)形成固含率大于0.4的高固相濃度移動(dòng)床,強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)性能,保證煤顆粒完全熱解。鈣基高硫煤共熱解焦在使用過程中可以使大多數(shù)硫元素以固體CaS的形式轉(zhuǎn)移至灰分中,可減少污染物硫化物的排放。以鈣基高硫煤共熱解焦為原料進(jìn)行氣化實(shí)驗(yàn),采用水蒸氣作為氣化介質(zhì),此方法可在常壓下獲得高熱值、高附加值的合成氣,具有較高的研究價(jià)值。本研究通過使用可視化流化床反應(yīng)器對鈣基高硫煤共熱解焦水蒸氣氣化進(jìn)行了詳細(xì)的基礎(chǔ)研究,并利用歐拉-歐拉-歐拉-拉格朗日多相流的方法對停留時(shí)間進(jìn)行了考察。主要考察了氣化溫度、水蒸氣與焦的質(zhì)量比兩個(gè)因素對氣化的影響,探索最佳的操作條件。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ541

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本文編號：2608944