【摘 要】
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相对于鼓泡流化床煤气化而言,循环流化床煤气化具有煤种适应性强、气化强度高和碳转化率高等优点,已成为国内外研究的热点。本文在自主设计和制造的加压循环流化床煤气化试验
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相对于鼓泡流化床煤气化而言,循环流化床煤气化具有煤种适应性强、气化强度高和碳转化率高等优点,已成为国内外研究的热点。本文在自主设计和制造的加压循环流化床煤气化试验台上,通过冷态试验、热态试验和数值模拟等手段对加压循环流化床煤气化进行了较为系统地研究,为今后的中试试验及工业化应用提供了理论依据和设计基础。
本文首先在由有机玻璃制成的冷态试验台上对流化床内气固两相流动进行了研究。通过将Shannon信息熵及熵增理论用于分析流化床压差脉动时间序列信号,结合流化床内复杂的气固流动特性,建立了信息熵及熵增与气固流化床流动特性之间的关联,分析了表观气速与流化床内流动特性的关系。结果表明:Shannon信息熵和熵增可以很好地反映流化床内气固两相流动特征信号的复杂程度和稳定程度。
其次在加压循环流化床煤气化热态试验台上进行了冷态试验研究,测量了布风板空板阻力特性和物料的临界流化速度。并针对循环流化床物料的循环量,研究了不同床层温度条件下返料料腿高度及表观风速对提升管局部颗粒浓度的影响,结果表明:局部颗粒浓度随着表观风速的提高而逐渐增大,随着气化炉温度的提高而逐渐减小;当返料料腿高度超过返料管一半高度时,可以保证流化床循环量的稳定性。
再次,以空气和水蒸气为气化剂,在加压循环流化床煤气化热态试验台上对淮北烟煤进行了气化试验,研究了气化温度、气化压力、气化剂预热温度、空煤比及汽煤比对气化特性的影响。试验结果表明:气化温度是影响加压煤气化工艺的主要因素,气化温度在一定范围内可使得气化反应最佳;在加压条件下,气化反应的煤气热值和碳转化率都较常压有所提高;气化剂预热温度、空煤比及汽煤比都是通过间接引起气化温度的变化,而对气化反应产生影响;空煤比和汽煤比分别存在一个最佳值,使得煤气热值和碳转化率达到最大。
最后,为了进一步研究压力对煤气化过程的影响,以颗粒动力学为理论基础,采用双欧拉气固流体动力学模型,导入传热、传质、煤气化反应子模型,建立了简单的加压流化床煤气化动力学数学模型,并进行了模拟计算。模拟结果表明:压力对煤气成分的影响趋势与试验结果较吻合。
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