基于停留时间分布的气流床气化炉通用网络模型

气流床气化炉的数学模型是气化装置设计和操作优化的基础,气固停留时间分布是影响气流床气化炉出口组成和碳转化率的关键因素。以气固停留时间分布为依据,结合反应动力学建立气流床气化炉的通用网络模型,模拟值与工业值吻合。对于神府煤,考察了氧煤比改变对气化结果的影响,结果表明:最佳氧煤比(氧气体积与煤(干基)质量之比)期望值约为0.655Nm3/kg,生产中为保证液态排渣,氧煤比应控制在0.663Nm3/kg左右。该通用网络模型计算速度快,适用于建立气化炉的动态模型。     

煤浆管线电磁流量计使用情况及分析

煤浆流量测量的准确性直接影响四喷嘴对置式气化炉的安全稳定运行,同时也是气化炉产出合成气产量控制的一个关键因素。目前我公司煤浆管线使用的电磁流量计不同程度的出现流量波动较大的现象,拆检发现电磁流量计测量管道内部衬里不同程度的出现鼓包、龟裂现象,主要原因在于管线未设置呼气阀、煤浆管线温度过高、煤浆的偏酸性。解决办法为寻找更适合煤浆管线电磁流量计测量的内部衬里材料,将聚氨酯橡胶衬里更换为特氟隆PFA衬里。     

基于Shell煤气化工艺的干煤粉加压气流床气化炉性能研究

以Shell煤气化工艺为基础，利用干煤粉加压气流床气化过程模拟模型，对干煤粉加压气流床气化工艺的性能进行了数学模拟和性能研究．分析了煤气化过程中氧气和蒸汽对气化炉性能的影响，为整体煤气化联合循环(IGCC)电站系统设计中气化工艺及参数的选择提供了依据．研究表明，氧气煤比和蒸汽煤比是影响气化炉出口煤气成分、碳转化率和其他性能的主要因素，气化炉温度随着氧气煤比的增加而增加，随着蒸汽煤比的增加而下降；当蒸汽煤比一定时，随着氧气煤比的变化，冷煤气效率有一个最佳值，氧气煤比要比蒸汽煤比对气化炉性能的影响更为显著．     

几种干煤粉加压气化炉结构特点

干煤粉加压气化技术具有氧、煤消耗低、冷煤气效率高、碳转化率高、污水较容易处理、能气化高灰熔点煤、煤种适应行广、很短时间内即可转化为无副产品的气体等优点。针对国外有代表性的三种干煤粉加压气化炉和德士古加压气化炉进行对分析,阐述了各炉型在结构的特点和差异,阐明了干煤粉加压气化技术炉型发展的趋势。     

我国若干煤种的液化性能 (Ⅰ)煤种和工艺条件的影响

本文通过对我国若干煤种液化性能的考察,探讨了我国煤本身固有的性质和工艺条件对煤液化转化率的影响。结果表明,煤中挥发份含量越高,转化率就越高,当挥发份含量大于35％时,转化率可大于80％;碳含量在70～85％的年老褐煤和年青烟煤,其100H/C(重量比)在6以上时,转化率在50％以上;煤中活性组分含量在90％以上时,转化率可达80％以上。煤液化反应中,反应温度、氢气初压、反应时间等工艺条件不仅影响整个反应的转化率,而且影响着反应产物组成的分布和反应速度。     

煤气化动力学及其添加助熔剂对气化反应的影响

煤气化反应动力学是煤气化技术的关键,其研究的深入与否直接影响到气化炉的设计和改进,自20世纪中期以来,研究者们对煤的气化反应动力学进行了深入而系统的研究,设计并建立了很多种研究煤气化反应动力学的方法,并取得了大量有价值的实验数据,为煤气化的工业化提供了重要的指导意义。煤反应动力学研究的主要目的是提供煤在一定反应条件(气相反应物浓度、反应温度和反应压力)下其转化率和时间的关系,以及提供煤在一定反应条件下和一定转化率的情况下反应速度的数据,这些数据可以直接地或通过数据处理回归成机理方程或经验方程式,为技术开发、过程解析或反应器设计提供动力学数据。     

气化参数对固定床煤高温空气气化的影响

在内径为0.2 m的固定床气化炉试验装置上进行了煤高温空气气化试验研究,考察了气化实际供给的空气量与煤完全燃烧理论所需的空气量之比(α)、气化消耗的蒸汽的物质的量与煤中碳的物质的量之比(ns/nc)、空气预热温度等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化剂的煤气化指标的影响.结果表明,α和ns/nc对气化指标的影响本质上是通过改变气化温度来实现的;α和ns/nc的最佳值分别为0.23~0.25和0.37~0.45;在工艺条件允许的范围内,空气预热温度越高对气化过程越有利.     

球红假单胞菌降解褐煤的条件研究

通过分析球红假单胞菌降解褐煤时的煤样粒度、菌液用量、煤浆浓度、转化降解时间及pH值的变化,研究以上各因素对煤炭微生物转化率的影响。研究结果表明,各因素对煤炭微生物转化率影响的大小为煤样粒度>煤浆浓度>降解时间>菌液用量。试验条件下,各因素的最优水平为煤样粒度-0.2mm、菌液用量10mL/100mL、煤浆质量浓度0.9g/50mL、降解时间14d,此时经硝酸预处理的义马褐煤的煤炭微生物转化率为41.72%;在整个试验过程中,培养基pH值是在呈上升的趋势。用XRD和FTIR测试分析了褐煤的微生物转化产物,结果表明,转化产物的芳香聚合度和分子量有很大程度降低,官能团含量也发生了变化,褐煤样中的大量芳香类高聚物降解为低分子量类物质及其他类物质。研究为实现煤炭微生物降解的产业化提供了参考。     

双热源煤新型气化机理研究

以煤和石英砂为原料,在自制双热源煤新型气化炉上实现了煤炭新型气化,测试了气化产物,从气化原料的高温结构相变和气化反应过程热力学分析出发,研究了煤新型气化机理.结果表明:双热源煤新型气化的产物除了富含CO的煤气外,还包括大量SiC副产品,其晶相以3C-SiC(77.99%)和6H-SiC(19.28%)为主,煤气中可燃气体浓度为86.9%～90.5%,产率5.0 m3/h;气化炉内不同温区,煤气产生原理不同,0～1 400℃温区,煤气主要来源于原料干燥和煤热解反应,1 400～2 600 ℃温区,煤气主要来源于多孔焦碳与SiO2(l),SiO2(g)及中间产物SiO(g)的电热还原反应,同时伴生副产品SiC;各气化反应阶段所产煤气总量为该时刻所有温区所产煤气总和.     

煤直接液化浆态反应器内气-浆流动与反应的CFD模拟

以褐煤直接液化小试反应器为研究对象,将反应器内气-液-固三相流动简化为气-浆两相流动,使用Fluent 14.0及双流体模型,模拟预测高温、高压条件下气-浆两相流动及反应的耦合过程。对反应器内等温流场进行了三维瞬态模拟,结果表明:反应器内总体气含率较低,约为0.016 5;气-浆流速较低,且壁面附近浆液回流和返混显著;浆液在反应器内平均停留时间约为70 min,与液化反应所需时间匹配。使用Matlab最小二乘曲线拟合方法,获得褐煤在430℃、10 MPa下的液化反应速率常数,通过用户自定义函数(UDF)将动力学参数导入Fluent求解器,对反应器内流动和反应过程耦合求解。结果显示:反应器出口处煤的转化率约为89.25%,沥青质(PAA)和油气(OG)产率分别为26.33%和61.81%,与测量值吻合。此数学模型及数值方法有望应用于中试及工业装置,指导液化工艺优化和反应器的设计放大。     

大规模气化过程系统模拟、集成及优化基础研究

该研究主要进展包括:(1)建立了水煤浆水冷壁气化炉降阶模型,计算了气化炉内温度分布,水冷壁表面渣层厚度分布,以及水冷壁内温度分布,同时模型计算量小,可以满足在整体系统流程中的耦合优化计算;(2)开发了气化岛整体系统动态仿真机;(3)建立了工业多喷嘴对置式气化炉的分区模型,模型计算快速,模拟结果经与工业气化炉运行结果比较,模拟结果准确可靠;(4)通过对煤、煤灰、气化生成灰渣以及废水中氯元素含量的实验分析以及热力学分析,获得了气流床煤气化过程中氯元素的迁移特性;(5)采用Aspen Plus建立了两种以石油焦为原料的气化制氢模拟流程,通过对两个方案进行了模拟分析和评价,获得了两个方案的能量转换热效率和火用效率。     

基于数据驱动的气化炉出口温度在线测量

为实时监控气流床气化炉的气化温度和运行状态，收集气化炉激冷系统和反应系统等系统的可测量数据，采用理论计算模型和遗传算法改进的BP(GABP)神经网络模型对气化炉出口温度进行预测，并与工业测量数据进行对比分析。结果表明，由激冷系统理论计算模型可以得到气化炉出口温度，但因测量参数敏感度低，导致温度预测精度和稳定性较差。采用GABP神经网络模型总体上可以提高预测温度的精度和稳定性，但反应系统中由于煤量波动和煤质数据缺乏等原因，导致部分区间预测误差较大；采用激冷系统参数可大幅提高绝大部分区间内温度的预测精度，预测误差保持在15 K以下，可满足不同工况下的气化炉温度实时在线监测需要。     

罩式退火炉热过程数学模型与实验验证

考虑对流板复杂的几何结构,建立三维模型,采用正交试验法模拟获得流量、外径和炉内温度对炉内各处努塞尔数Nu分布的影响,得到流量在考察的3种因素内流量的影响作用最强的结论。接着进一步分析Nu随流量的变化,并拟合得到各处Nu与流量的关系式;为了解决炉内复杂几何形状条件下的辐射换热角系数求解问题,采用Monte Carlo方法建立炉内辐射换热角系数求解模型,并最终采用热辐射网络图法求解炉内辐射换热。通过现场进行热电偶插片实验验证本文所建立模型的准确性。研究结果表明:模拟计算得到的温度与现场实测值基本一致,证明了模型的准确可靠性。     

气流床气化炉气化过程的分区模拟

基于气流床气化炉的三区及短路混合模型,将气化炉炉内空间按流场-化学反应特征划分为燃烧区、射流区二次反应区、回流区二次反应区和管流区二次反应区。对一次均相反应采用Gibbs平衡模型,二次均相反应、非均相反应采用动力学模型进行了模拟计算,得到了气化炉中各分区的温度和气体组成,并将其结果与Gibbs平衡模型的计算结果进行了对比,吻合良好;在气化炉适宜的操作温度范围内,采用该模型预测了最优的氧煤比和蒸汽煤比的调节范围。     

固体氧化物燃料电池阳极甲烷重整过程动力学模型

基于甲烷蒸气重整动力学模型,结合平板型固体氧化物燃料电池阳极材料上甲烷蒸气重整实验数据,得到了镍/氧化钇稳定氧化锆阳极甲烷蒸气重整过程的有效动力学模型,并采用该模型在不同工况下得出阳极内温度分布、甲烷转化率、最大温差、碳沉积及其可能气化的位置等.结果表明:局部温度分布和甲烷转化率对工作参数非常敏感,尤其是工作温度;局部温度在多孔阳极的前部急剧下降,而后随外部电加热器的热量和水转化所释放的热量增加而逐渐回升;最大温差区域在多孔阳极的前部,最大温差及其增量随着工作温度升高而增加;工作温度对甲烷转化率具有正面影响,并呈非线性关系;较高的工作压力对甲烷蒸气重整无益;碳可能沉积的区域在阳极的前部,特别是其表面;工作温度的升高对降低碳沉积起到较大作用;碳的气化反应随S/C的增加而加快.     

利用双流体模型研究不同煤种对煤气化激冷过程的影响

利用双流体模型,对气化炉激冷室下降管内的合成气和灰份传热与流动进行了数值计算,分析了不同煤种－黄陵煤和华亭煤对气化炉下降管性能的影响,并和生产数据进行了比较。研究表明,采用激冷流程的德士古气化炉更适合灰份质量分数较低的煤种。计算结果也表明,煤的灰份不利于合成气在下降管内的冷却降温。由于灰份的存在,使合成气在下降管的出口温度提高了,显示出灰份浓度越高,合成气的出口温度也越高。     

煤气化炉动态数学模型的建立与分析

以Texaco气化炉为研究对象,分析气化炉内流动、燃烧和气化反应特性,将Texaco气化炉膛分成3个模拟区域,即燃烧区、气化区和回流区,分别对各区运用质量守恒和能量守恒方程,得到集总参数动态数学模型。该模型考虑了气固两相流动、煤热解、辐射换热及包括均相和异相在内的气化反应过程。在模型基础上进行动态与静态仿真,并进行参数化研究和仿真结果分析,得出了一些重要参数的变化趋势和结论。模型的优点在于能对气化炉内喷动区的组分及温度分布进行更加准确的预测,从而具有较好的工程应用价值。     

黑液等离子体二氧化碳气化平衡模型及效率

为获得高热力学效率制订最佳方案,进行蔗渣浆黑液等离子体二氧化碳气化技术热力学研究,包括预测固定碳、合成气组分和电能需求,分析进料水分、CO2用量和温度对甘蔗浆黑液等离子体二氧化碳气化的气体组成、气体热值、电能需求和气化效率的影响。基于质量作用定律和质能守恒原理,利用报道的热力学数据建立黑液等离子体二氧化碳气化平衡模型。研究表明,升高温度、增加CO2用量和提高进料水分都导致热力学效率下降。高位热值(HHV)和低位热值(LHV)出现最大值在进料水分0%~10%之间,热力学效率在105.31%~108.84%之间,黑液气化电能需求在132.08~161.98 MJ/kmol绝干BL(黑液)之间。这是黑液等离子体气化炉操作的最佳点,即是工艺参数值优化的参照点。当进料水分超过气化需求时,电能需求增加显著和热力学效率损失严重。     

干煤粉分级气流床的气化特性

针对根据无焰氧化技术设计的分级气流床气化炉,运用试验和数值模拟计算的方法对干煤粉在炉内的气化过程进行研究,分析不同进料方式及氧碳摩尔比对合成气中CO,H2和CO2体积分数、合成气热及碳转化率的影响.研究结果表明:实验结果与模拟结果基本吻合;相同进料方式下随着氧碳摩尔比的增大,合成气中CO和H2体积分数、合成气热先增大后减小,而CO2体积分数和碳转化率一直上升;相对于另外2种进料方式,三层喷嘴进料方式能使炉内温度场更均匀,平均温度提高,气化强度增加,由此表明气化炉结构和进料方式使炉内实现了基于无焰氧化技术煤粉空间气化反应的基本特征;同时,氧碳摩尔比最佳范围为1.0～1.1.     

HBL天体中X射线和γ射线辐射研究

利用幂律函数关系F_(γ-ray)∝F_(X-ray)~(c/s)研究了HBL天体Mrk 421的X射线和γ射线辐射流量间的相关系数.研究结果表明:(1)对HBL天体而言,X射线和γ射线的辐射机制可以用均匀自康普顿(SSC)模型来解释,即X射线源于同步辐射,同步辐射过程中产生的软光子和高能电子之间发生逆康普顿散射,产生了γ射线;(2)X射线能段范围会影响到幂律关系式中指数c/s的大小.