干煤粉加压气化反应实验及模拟研究

论文摘要

我国有丰富的煤炭资源,煤炭作为重要的能源和化工原料,预计在我国以煤为主的能源结构中相当长的时间内不会改变。IGCC发电技术是实现煤炭的高效和洁净利用的有效手段之一,其中煤气化技术是重要的核心技术。加压气流床气化技术有反应速度快、碳转化率高、可连续运行等优点,是国际上最先进的气化技术。本论文选取“干煤粉加压气化反应实验及模拟研究”作为研究课题,用固定床反应器加压热天平对补连塔煤的气化反应性进行研究,研究温度,压力等因素对气化反应的影响;并对气化反应进行化学动力学分析,以期对进一步的理论研究提供参考。利用Fluent软件对干煤粉加压气流床气化过程进行数值模拟,分别采用氮气和二氧化碳输送煤粉,研究炉内的速度分布,温度分布以及气化产物分布变化及出口处的气化产物成分,以期建立简单的适合气流床气化过程的反应模型。煤热解过程中,加压条件下,热解的干燥脱气阶段和裂解阶段逐渐重合,加压下的煤快速热解过程可以看作一步反应过程求取动力学参数和活化能。加压对气化反应本身没有促进作用,其对碳转化率的提高主要是通过提高气相反应物的浓度实现的。在气化温度一定的情况下,增加压力对碳转化率的提高存在极限值,当到达极限值以后,持续的提高压力反而会降低碳转化率。在气化气氛下,对气相可逆反应和慢反应考虑十分重要,数值计算中,当加入甲烷与水蒸气,一氧化碳与水蒸气等可逆反应同时给定正逆反应动力学参数,对计算结果的产物组分分布有很大影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 煤气化技术的发展概况及研究意义
• 1.2.1 煤气化技术的发展概况
• 1.2.2 煤气化技术的研究意义
• 1.3 煤的气化反应
• 1.3.1 气化反应中煤的热解过程
• 1.3.2 气化反应中均相和非均相反应
• 1.3.3 气化反应的机理
• 1.3.4 气化反应的主要影响因素
• 1.4 气化反应的数值模拟
• 1.4.1 气化反应数值模拟的发展现状及意义
• 1.4.2 气化反应数值模拟的模型选择
• 1.5 本课题的目的及主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 试验系统及测量方法
• 2.1 试验系统介绍
• 2.2 煤样的选取与处理过程
• 2.2.1 实验煤种分析
• 2.2.2 煤焦的制备
• 2.3 实验过程及测量方法
• 2.3.1 热解过程实验及测量
• 2.3.2 气化过程实验及测量
• 2.4 误差分析及测量中应注意的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 煤气化反应的实验研究
• 3.1 加压条件下煤热解反应研究
• 3.1.1 温度对煤热解的影响
• 3.1.2 压力对煤热解的影响
• 3.1.3 煤热解的化学动力学参数
• 2 气化反应的研究'>3.2 焦炭C0₂气化反应的研究
• 2 与焦炭反应的实验研究'>3.2.1 C0₂与焦炭反应的实验研究
• 2 与焦炭反应的动力学研究'>3.2.2 C0₂与焦炭反应的动力学研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 加压气流床气化炉的设计
• 4.1 实验台整体结构简介
• 4.2 气化炉结构设计
• 4.3 气化炉烧嘴设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 反应的数值模拟
• 5.1 模拟原型及网格划分
• 5.2 模拟模型的选择
• 5.2.1 辐射模型
• 5.2.2 湍流模型
• 5.2.3 颗粒相处理模型
• 5.2.4 化学反应模型
• 5.3 边界条件控制
• 5.3.1 氮气输送煤粉的气化反应的边界条件
• 2 输送煤粉的气化反应的边界条件'>5.3.2 C0₂输送煤粉的气化反应的边界条件
• 5.4 模拟结果分析
• 5.4.1 氮气输送煤粉的气化反应模拟
• 2 输送煤粉的气化反应模拟'>5.4.2 C0₂输送煤粉的气化反应模拟
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢