【摘要】：能源是社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所依賴的重要物質(zhì)基礎(chǔ)以及不可或缺的生產(chǎn)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(guó)乃至世界都非常重要,而且在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)保持主要地位,因此對(duì)煤炭的清潔利用將變得十分重要。潔凈煤技術(shù)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(yīng)產(chǎn)生清潔燃料-合成氣逐漸得到重視。本文采用Fluent對(duì)一種三段式氣流床氣化爐在加壓條件下進(jìn)行煤粉加水蒸氣產(chǎn)生含有一氧化碳和氫氣的合成氣的氣化反應(yīng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。已針對(duì)數(shù)值模擬過程擬采用的模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證,驗(yàn)證方法為將擬采用的模型用于模擬現(xiàn)役工業(yè)兩段式氣化爐,本文已分別對(duì)三種煤種進(jìn)行數(shù)值模擬,將兩段式氣流床氣化爐的模擬結(jié)果與其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明主要參數(shù)誤差均不大于5%,說明這些模型是有效的。采用已經(jīng)驗(yàn)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(duì)氣化效果的影響,已重點(diǎn)分析各組分在氣化爐內(nèi)的分布情況以及氣化爐各個(gè)部分發(fā)生的氣化反應(yīng)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(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比,Ro/c,的增加而升高,這是因?yàn)槊悍叟c氧氣發(fā)生的氣化反應(yīng)隨著氧氣含量增加而強(qiáng)化,該放熱反應(yīng)放出的熱量也逐漸增多。一氧化碳隨著進(jìn)入二段回流室中水蒸氣的質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比,Rh/c,的增加而降低,一方面這是因?yàn)榘l(fā)生了水氣置換反應(yīng),另一方面是因?yàn)楫?dāng)Rh/c較高時(shí),過量的蒸汽會(huì)對(duì)產(chǎn)物中的有效氣產(chǎn)生稀釋作用。當(dāng)氣化壓力較高時(shí),氣化壓力對(duì)一氧化碳反應(yīng)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?jǐn)?shù)隨著Rh/c的增加而增加,這是因?yàn)榘l(fā)生了水氣置換反應(yīng);H2的摩爾分?jǐn)?shù)隨著壓力的增加逐漸降低,這是因?yàn)樘颗c水蒸氣的反應(yīng)受壓力影響很大,壓力過大會(huì)抑制炭與水蒸氣的反應(yīng)。采用正交分析法對(duì)氣化因素對(duì)氣化效果的影響進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,按照降序排列,對(duì)炭轉(zhuǎn)化率的影響程度為ptRo/cRh/c;對(duì)有效氣含量的影響程度為Ro/cptRh/c;對(duì)冷煤氣效率的影響程度為Ro/cptRh/c。炭轉(zhuǎn)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(duì)數(shù)值模擬的綜合分析對(duì)比,建議該三段式氣流床氣化爐的最佳運(yùn)行條件組合為pt=3MPa,Ro/c=1.0,Rh/c=0.08,該最佳運(yùn)行條件為所設(shè)計(jì)的九個(gè)條件中的條件2,該條件下有效氣含量為95.97%,炭轉(zhuǎn)化率為99.49%,冷煤氣效率為89.9%。
【圖文】：

逡逑圖１－１展示了邋２０１５年我國(guó)能源消費(fèi)的分布狀況［１Ｑ］，，可以很明顯的看出煤炭占逡逑整個(gè)能源消耗的比重最大，約６７％左右，石油次之，約占１８％。逡逑１％邋２％逡逑■水電逡逑■核能逡逑圖１－１邋２０１５年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１５逡逑從圖ｉ－ｉ可以看出，煤炭是我國(guó)能源消耗的主要資源，在今后幾十年內(nèi)，煤炭逡逑資源消費(fèi)的主體地位不會(huì)改變。逡逑然而，煤炭在作為主要能源來源的同時(shí)，也在向周圍環(huán)境排放ＮＯｐ邋ＳＯｐ邋Ｃ０２、逡逑微粒、重金屬以及其他痕量元素等污染物。相關(guān)資料顯示，近十幾年來地球大氣逡逑層中的有害氣體成分已明顯升高；空氣中的Ｃ０２增加了邋３０％，邋ＮＯｘ增加了邋１９％，逡逑ＣＨ４增加了邋１００％，大氣中的ＣＦＣｓ邋（氟氯烴）和Ｓ０２含量也有不同程度的提高［１１］。逡逑據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球Ｃ０２排放量在經(jīng)歷了邋２００９年的下降（降幅１％）及２０１０年激增（增逡逑幅５％）之后

（如蒸汽／空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有ｃｏ、ｈ２、逡逑ＣＨ４等可燃?xì)怏w和Ｃ０２、Ｎ２等非可燃?xì)怏w的過程。其產(chǎn)氣的生產(chǎn)及利用和氣化過逡逑程中能源的綜合利用如圖１－２所示，在這個(gè)系列流程中，煤在高溫和適當(dāng)?shù)膲毫ο洛义辖?jīng)過在水蒸氣和氧氣的作用下氣化成為由一氧化碳和氫氣構(gòu)成的合成氣［１９］。逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE665.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳治國(guó);;煤氣化原理及其技術(shù)發(fā)展方向[J];石油煉制與化工;2015年04期

2 王翠蘋;李剛;李厚洋;姜旭;;煤制天然氣過程催化甲烷化的數(shù)值模擬[J];熱科學(xué)與技術(shù);2015年01期

3 王海艷;郝振華;房倚天;黃戒介;董立波;張磊;陸慧林;;鼓泡流化床內(nèi)粉煤氣化的數(shù)值模擬[J];化學(xué)工程;2013年10期

4 謝俊;金保f;鐘文琪;;基于MP-PIC模型的流化床煤氣化過程三維數(shù)值模擬[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年06期

5 朱博;王強(qiáng);郭慧軍;張瀟玲;杜明俊;;基于雙歐拉模型的流化床氣固兩相流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào);2011年03期

6 張鍇;Brandani Stefano;;流化床內(nèi)顆粒流體兩相流的CFD模擬[J];化工學(xué)報(bào);2010年09期

7 晁東海;郭雪巖;;大顆粒氣固流化床內(nèi)兩相流動(dòng)的CFD模擬[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

8 鄧中乙;肖睿;金保升;沈來宏;宋啟磊;李乾軍;;加壓噴動(dòng)流化床煤氣化數(shù)值模擬[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2009年04期

9 周慶凡;郭金瑞;;我國(guó)一次能源開發(fā)利用現(xiàn)狀[J];資源與產(chǎn)業(yè);2009年01期

10 蘇俊林;潘亮;朱長(zhǎng)明;;富氧燃燒技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];工業(yè)鍋爐;2008年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 廉世華;唐惠慶;郭占成;;微波加熱下煤的水蒸氣氣化的研究[A];2012年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專輯（下冊(cè)）[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 白永輝;CO_2作為氣化劑對(duì)煤焦-H_2O氣化反應(yīng)的影響機(jī)制[D];太原理工大學(xué);2014年

2 嚴(yán)林博;煤基近零排放系統(tǒng)建模分析及系統(tǒng)內(nèi)煤加氫氣化機(jī)理研究[D];北京交通大學(xué);2014年

3 于海龍;新型水煤漿氣化噴嘴和氣化爐的開發(fā)以及氣化過程數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 陳金花;GE水煤漿氣化過程建模與優(yōu)化[D];華東理工大學(xué);2015年

2 李旭升;加壓流化床中煤加氫氣化過程的數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學(xué);2014年

3 郭林丹;水蒸氣對(duì)煤與生物質(zhì)共熱解的影響[D];大連理工大學(xué);2013年

4 張銳;生物質(zhì)與煤流化床共氣化的數(shù)值模擬研究[D];東北電力大學(xué);2013年

5 李娜;常壓固定床煤富氧高溫氣化技術(shù)數(shù)值研究[D];中國(guó)石油大學(xué)（華東）;2012年

本文編號(hào)：2696821