新型常压连续煤气化炉的性能研究
目前，国内中小型化工企业多采用传统的常压间歇式固定床气化炉，属于逐步淘汰型的煤气化技术，需要对其进行改造。经分析比较，常压干煤粉气流床气化炉被认为是较为合适的改造炉型。 本文利用ANSYS软件，首先对冷态工况，常压条件下的旋喷式干煤粉气化炉和对喷式干煤粉气化炉进行了数值模拟，得到了两种气化炉炉内流场及颗粒停留时间的分布情况，考察了不同操作参数（气化剂进口流速、颗粒直径、颗粒密度）及结构参数（喷嘴高度、燃烧室炉高、出口直径）对气化炉内颗粒停留时间分布的影响，可以发现： 旋喷炉炉内流场为外侧速度大、内侧速度小的中心对称旋转梯度场。对喷炉炉体中心对撞区形成的上下两股流体在喷嘴上下区域附近形成了范围较大的回流区，炉内上侧回流区较小，下侧回流区较大。旋喷炉和对喷炉炉内颗粒运动轨迹大多集中在湍流强度及湍动能较大的区域。随着进口速度V、颗粒直径d、颗粒密度ρ、出口直径D增加，颗粒平均停留时间tm和颗粒最短停留时间τ逐渐减小，且tm和τ随d的减幅较随ρ更大；随着燃烧室炉高H0增加，tm和τ逐渐增大；随着喷嘴距炉顶距离H的增大，tm和τ先增大后减小，当H=1150mm时，tm和τ达到最大，最大值分别为8.60s和2.25s。相同条件下，对喷炉的tm和τ均高于旋喷炉。 然后，对热态工况，常压条件下的顶喷式干煤粉气化炉和对喷式干煤粉气化炉进行了数值模拟，得到了两种气化炉炉内流场、温度场和浓度场的分布情况，并基于模拟结果，计算得到了两种气化炉的气化性能评价指标，其中： 顶喷炉出口有效气含量为61.8％，碳转化率为93.00%，煤气产率为2.44Nm3/kg，冷煤气效率为74.45%。对喷炉出口有效气含量为62.2%，碳转化率为93.75%，煤气产率为2.46Nm3/kg，冷煤气效率为75.39%。对比可以发现，对喷炉出口有效气含量、碳转化率、煤气产率和冷煤气效率均优于顶喷炉。 最后，对热态工况，常压条件下的对喷式干煤粉气化炉进行了优化分析，考察了不同操作参数（水蒸汽流量、氧气流量、平均颗粒直径、颗粒密度）和结构参数（出口直径、喷嘴高度）对对喷式干煤粉气化炉气化性能评价指标的影响，可以发现： 在保证一定碳转化率和煤气产率的前提下，提高气化剂中水蒸汽流量有利于增大对喷炉出口有效气含量和冷煤气效率。 虽然提高气化剂中氧气流量有利于增大碳转化率和煤气产率，但同时也减小了对喷炉出口有效气含量和冷煤气效率，增大了比氧耗。因此，当氧气流量为4375Nm3/h时较为合理，对应的对喷炉出口有效气含量为62.2%，碳转化率为93.75%，煤气产率为2.46 Nm3/kg，冷煤气效率为75.39%。 在磨煤工艺许可，设备许可和不影响对喷炉正常排渣的前提下，减小煤粉颗粒的平均颗粒直径，选取颗粒密度较小的煤种和减小出口直径有利于增大对喷炉出口有效气含量，提高碳转化率、煤气产率、冷煤气效率。 当喷嘴距炉顶距离为1150mm时，对喷炉出口有效气含量、碳转化率、煤气产率、冷煤气效率同时达到最大，最大值分别为64.5%、96.1%、2.50Nm3/kg、79.38%。
煤气化炉;数值模拟;炉内流场;温度场;浓度场;气化性能
郑州大学
硕士
化工过程机械
王定标
2016
中文
TQ545
98
2016-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）