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开放课题
煤流化床气化装置的冷态实验及计算机模拟

发布时间:2013年09月11日 字体大小:【

课题八、煤流化床气化装置的冷态实验及计算机模拟

课题编号:U2013091101

课题描述:

流化床气化技术已有近二百年的历史,它具有许多优点,例如,通常使用0-10mm粉煤,原料煤通常不用或稍加处理即可使用;可以使用较大范围的煤种,特别是高灰低质的煤种;气化温度通常在800-1000℃之间,条件相对温和,可使用一般的耐火材料和设备;煤气中几乎没有焦油,便于净化处理。尽管它具备其它气化炉型(如固定床和气流床气化炉)所不具备的上述优点,又经过了长时间的优化改造,但目前这种气化炉仍存在一些现有技术难以克服的问题:一是底渣含碳量高,由于气化环境需要还原条件,故气化炉存在大量未反应的碳,又由于流化床内良好的混合,采用常规技术排出的底渣含碳量高是必然的,为此,较先进的流化床(如U-gas炉、KRW炉、中科院山西煤化所的灰熔聚气化炉、煤科院的新型流化床气化炉等)都几乎无一例外的采用了灰团(熔)聚技术,这种技术的基本思想是在气化炉内构建一局部氧化和高温区域,以促使该区域内碳的转化、高温灰软化并相互粘结长大,进而实现依密度不同的选择性排渣,实践证明,这种状态是比较理想化的,由于实际生产条件(原料、氧化剂等)难以保持一致或同步保持协调变化、灰成分波动影响灰软化点温度、灰软化的温度区间较小,当操作温度低于灰软化点时则无法实现灰团(熔)聚和选择性排渣的目的,当操作温度高于灰软化点时则容易造成灰的大量团聚而导致整个流化床的死结,为安全生产起见,人们通常选择较低的操作温度,因而底渣碳含量高的问题仍没有很好地解决;二是飞灰含碳量高的问题,尽管目前采用了飞灰收集并重新循环回炉的工艺,但实践证明,由于这种飞灰活性低不易转化且气化炉内反应条件温和,故飞灰中碳转化效果并不理想。这些问题的存在导致碳转化率低,大大影响了流化床气化炉的工业应用。

本课题的目的是要设计一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置。即在流化床气化炉外另设置燃烧室,将流化床气化炉排出的底渣或飞灰引入所述的燃烧室内进行高温和氧化处理,从而提高碳的转化率;由于燃烧室与流化床气化炉为分开设置,燃烧室即便处于较高的操作温度也不会直接影响流化床气化室的流化状态,或者对燃烧室进入流化床气化炉的物质进行处理便可消除高温对流化床气化炉的流化状态影响,从而流化床气化炉更易于操作。

知识结构要求:

1、掌握了煤气化基本理论;

2、能熟练运用CAD、计算流体动力学(CFD)数值模拟软件(Phoenics);

3、基本学科涉及:高等数学、煤气化、化工原理、流体力学、计算机语言、传热学以及反应工程等。

研究平台:

1、煤炭地下气化综合实验系统。实验系统占地约260平米,其中实验装置占地约220平米,集中控制室面积约40平米。主要有:煤炭地下气化DCS系统、地下气化模型实验炉体(长4.5m×宽1.2m×深1.67m)、煤气净化系统、废气焚烧系统、数据采集系统、实验控制系统、煤气组分分析系统、污染物测定系统、煤炭热解实验系统、煤气加压输送系统、变压吸附系统、一氧化碳变换系统、甲烷化反应器、脱碳系统、换热及热计量等系统;

2、主要仪器设备:煤及岩层渗透性分析仪、气相色谱仪、热重分析仪、比表面积与孔径测定仪、自动量热仪、水蒸气发生器、热式气体流量计、间歇式高压釜、索氏萃取仪、烘箱、反应器底部循环泵、湿式流量仪表、电加热器、加氢改质实沸点蒸馏装置、红外光谱仪等;

3、大块煤气化反应动力学参数测定实验装置;

4、流化床煤气化综合实验系统;

5、计算机数值模拟软件。

课题费用:2万元。

课题目标:

1、建立新型流化床煤气化炉概念模型;

2、自制新型流化床气化炉冷态试验模型;

3、实验验证模型的有效性,同时给出优化方案,并取得操作条件和数据;

4、至少发表一篇EI检索的论文;每年至少1篇中文核心;

5、最终完成1份课题研究报告,每季度提交1份研究进度报告。

研究时间:

2013年9月~2015年7月

指导老师:张荣光  >>     李文军 >>

课题负责人:苏倩倩  >>

课题组成员:   李  凤                       

 

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