發(fā)布時間：2020-06-04 18:50

【摘要】：能源是社會發(fā)展和經(jīng)濟增長所依賴的重要物質(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,煤炭資源于中國乃至世界都非常重要,而且在今后很長一段時間內(nèi)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(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(chǎn)生含有一氧化碳和氫氣的合成氣的氣化反應(yīng)過程進行數(shù)值模擬研究。已針對數(shù)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(xiàn)役工業(yè)兩段式氣化爐,本文已分別對三種煤種進行數(shù)值模擬,將兩段式氣流床氣化爐的模擬結(jié)果與其試驗結(jié)果進行了對比,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(nèi)的分布情況以及氣化爐各個部分發(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,這是因為煤粉與氧氣發(fā)生的氣化反應(yīng)隨著氧氣含量增加而強化,該放熱反應(yīng)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(zhì)量與煤粉質(zhì)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(yīng),另一方面是因為當(dāng)Rh/c較高時,過量的蒸汽會對產(chǎn)物中的有效氣產(chǎn)生稀釋作用。當(dāng)氣化壓力較高時,氣化壓力對一氧化碳反應(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的摩爾分數(shù)隨著Rh/c的增加而增加,這是因為發(fā)生了水氣置換反應(yīng);H2的摩爾分數(shù)隨著壓力的增加逐漸降低,這是因為炭與水蒸氣的反應(yīng)受壓力影響很大,壓力過大會抑制炭與水蒸氣的反應(yīng)。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(jié)果表明,按照降序排列,對炭轉(zhuǎn)化率的影響程度為ptRo/cRh/c;對有效氣含量的影響程度為Ro/cptRh/c;對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。通過對數(shù)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(shè)計的九個條件中的條件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年我國能源消費的分布狀況［１Ｑ］，，可以很明顯的看出煤炭占逡逑整個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年我國一次能源消費結(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)，煤炭逡逑資源消費的主體地位不會改變。逡逑然而，煤炭在作為主要能源來源的同時，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，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等可燃氣體和Ｃ０２、Ｎ２等非可燃氣體的過程。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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE665.3

【參考文獻】

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本文編號：2696821