《运行参数变化对Shell煤气化炉煤气化影响的数值模拟(II).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运行参数变化对Shell煤气化炉煤气化影响的数值模拟(II).pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、国家重点基础研究发展计划资助项目（批准号：2010CB227002）高等学校工程热物理第十六届全国学术会议 编号：运行参数变化对 Shell 煤气化炉煤气化影响的数值模拟(II)陶明春1 郝英立1,2（1.东南大学能源与环境学院，南京，210096;2.东南大学空间科学与技术研究院，南京，210096）（联系电话:025-83793913,Email:）摘 要：摘 要：本文在第一部分的研究基础上对 Shell 气化炉气化压力、运行负荷的改变和煤种变化对气化炉煤气化的影响进行了研究，研究结果表明本文所研究的煤气化炉最佳气化压力为 2.9 MPa3.3MPa，运行负荷变化和不同的煤种均对煤气化有很
2、大的影响。关键词：关键词：气化压力，运行负荷，煤种变化 0 引言 影响气化炉煤气化的主要因素有：氧煤比、蒸汽煤比、气化压力、运行负荷以及气化室的形状和尺寸等。对于给定的气化炉，其气化室的形状和尺寸已定，而气化温度主要取决于气化压力、氧煤比和蒸汽煤比。本文第一部对所研究的对象进行了描述，并对其进行了网格划分和模型的选择，模拟计算结确定了网格划分和模型选择的合理性，在此基础上，对氧煤比和蒸汽煤比的变化对气化炉煤气化的影响进行了研究。本部分在第一部分的基础上研究气化压力、运行负荷的变化，以及不同煤种的选择对气化炉煤气化的影响。本文在第一部分3的研究基础上对 Shell 气化炉气化压力、运行负荷的改变
3、和煤种变化对气化炉煤气化的影响进行了研究，1 模拟结果 1.1 气化压力对煤气化的影响 在煤气化过程中，气化压力是气化炉重要的反应条件之一，它又是控制气化炉气化过程反应操作的主要条件之一，因此有必要对气化压力对气化炉煤气化的影响进行研C 究。图 1(a)表示气化炉出口煤气成分、温度在其他条件不变情况下，随着气化压力变化的分布曲线，图 1(b)表示碳转化率和冷煤气效率在其他条件不变情况下，随着气化压力变化的分布曲线。从图 1(a)中可以看出，CO 和 H2摩尔浓度随着气化压力的增加先缓慢降低后缓慢增加，而后再缓慢降低，总体变化幅度不大；CO2和 H2O 的摩尔浓度随着气化压力的增加先缓慢增加再缓
4、慢降低，而后再缓慢升高，变化幅度也不大；温度随着气化压力的增加先增加后降低。从图中还可以看出，在气化压力分别为 2.73.0(MPa)以及 3.03.1(MPa)时候气体组分存在峰值，温度在 2.93.3(MPa)之间存在峰值；从图 1(b)中可以看出，碳转化率和冷煤气效率随着气化压力变化的变化趋势一致，均为先升高后降低，并且在 2.93.3(MPa)范围内有比较理想的值。主要原因为气化压力对煤粉燃烧反应以及生成 CO 和 H2的反应速度有着很大的影响，随着气化压力的升高，煤粉燃烧速度加快，并且使得生成 CO 和 H2的反应速度也加快，而生成 CO 和 H2的反应需要吸收大量2.52.72.9
5、3.13.33.5Gasified pressure/MPa0102030405060708090100Mole fraction/%160017001800190020002100Temperature/KCOH2CO2H2OTemp.2.52.72.93.13.33.5Gasified pressure/MPa7883889398Percentage/%碳转化率冷煤气效率(a)对出口煤气成分和温度的影响 (b)对碳转化率和冷煤气效率的影响 图 1 气化压力对 Shell 煤气化炉煤气化的影响 60708090100110120130140The ratio of load/%0102030
6、405060708090100Mole fraction/%160017001800190020002100Temperature/KCOH2H2OCO2Temp.60708090100110120130140The ratio of load/%80859095100Percentage/%碳转化率冷煤气效率(a)对出口煤气成分和温度的影响 (b)对碳转化率和冷煤气效率的影响 图 2 运行负荷变化对 Shell 煤气化炉煤气化的影响 的热量，并使 H2O 和 CO2浓度降低，从而导致气化炉出口处气体的摩尔成分发生和温度随着气化压力的变化而发生变化。1.2 运行负荷变化对煤气化的影响 本文分别
7、对标准工况负荷的 60%、80%、120%、140%进行模拟计算，模拟计算结果如图 2 所示，其中图 2(a)表示煤气化炉出口处煤气成分、温度随着运行负荷变化的分布曲线，图 2(b)表示碳转化率和冷煤气效率随着运行负荷变化的分布曲线。从图中可以看出，随着气化炉运行负荷的增加，气化炉出口处 CO 和 H2的摩尔浓度逐渐降低，H2O 和 CO2的摩尔浓度逐渐升高，温度随着运行负荷的增加而逐渐升高，碳转化率和冷煤气效率降低。主要原因是随着运行负荷的增加，气化炉单位容积内参与反应的量增加，使煤粉的燃烧速率以及 H2和 CO 产生的反应的速度降低，造成气化炉出口处 CO 和 H2摩尔浓度降低，H2O 和
8、 CO2的摩尔浓度升高，碳转化率和冷煤气效率降低。1.3 不同煤种对煤气化的影响 煤种对气化的影响是比操作条件和颗粒直径都更复杂的直接因素。一般来讲，高沥青煤种会有低的焦炭化学反应和碳转化率。若要精确的预测碳转化率，则char-CO2,char-H2O 和 char-O2的化学动力学参数是必需的，本文忽略煤种化学动力学参数影响，认定模拟中的煤具有相同的化学动力学参数。转而重点研究的是煤的一般特性如元素组成，挥发份量和热值。模拟的四种煤特性见表 1。表 1 煤样原煤的工业分析和元素分析结果1-2 工业分析和元素分析(w%)煤种 Mt Mad Aar Vdaf Car Har Nar Oar St
9、,ar 神木煤 9.93 7.38 4.65 36.69 81 5.12 1.1 12.54 0.23 淮南煤 6.0 2.3 21 40.57 81.88 5.4 1.51 10.3 0.91 华亭煤 12.5 7.52 17.24 42.96 76.13 0.42 0.96 21.73 0.16 焦作煤 5.2 1.4 22 7 92.21 3.1 1.41 2.79 0.5 本文对以上四种煤的模拟结果如表 2 所示，从表 1 和表 2 中可以得到以下的结论：神木煤和焦作煤的模拟结果较好，淮南煤属于高灰分煤种，对比神木煤，可以看出高灰分会影响气化效果，降低了气化产物 15左右含量。华亭煤属
10、于高水分，灰分中等煤种，与神木煤相比，气化效果相差不是很大，这说明在高水分在气化过程中促进了气化过程，抵消了灰分的不利影响。但是在实际情况下，煤的高水分会造成给煤过程的困难，在数值模拟过程中这点体现不出来，所以要注意这点，干法气化用煤不能选用高水分煤种。表 4.10 四种煤种的模拟计算结果 煤种 神木煤 淮南煤 华亭煤 焦作煤 出口温度/K 1866.05 1716.99 1814.69 1559.25 CO(V%)63.09 62.17 73.89 74.12 H2(V%)24.86 26.78 4.18 22.09 CO2(V%)3.38 3.45 6.46 1.09 H2O(V%)8.0
11、2 7.93 3.13 1.56 COH2(V%)87.95 88.95 78.07 96.21 碳转化率/%96.24 93.24 97.21 92.86 冷煤气效率/%83.52 79.25 73.23 84.15 2 结论 本文在第一部分的基础上研究了气化炉气化压力、运行负荷的变化和不同的煤种对 Shell 气化炉煤气化的影响。研究结果表明，对于本文所研究的气化炉最佳气化压力介于 2.9MPa3.3MPa；运行负荷的增加会使得气化炉出口处有效气体成分降低，同时使气化炉的碳转化率和冷煤气效率降低；高灰分煤对煤气化存在很大的影响,同时，高水分煤能够在很大程度上缓解高灰分煤对煤气化的影响，当时
12、由于高水分煤会造成给煤过程中的困难，所以在实际工程中需要对气化炉用煤进行合理的选择。参 考 文 献 1 陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用M.北京:化学工业出版社,2007.2 范从振.锅炉原理M.北京:中国电力出版社,2005.3 陶明春,郝英立.运行参数变化对 Shell 煤气化炉煤气化的数值模拟(I).长沙,高等学校工程热物理第十六届全国学术会议,2010.Numerical simulation of coal gasification by changing operation parameters of Shell gasifier(II)TAO Mingchun1，HAO Yingl
13、i1,2(1.School of Energy and Environment,Southeast University,Nanjing 210096;2.Institute of Space Science and Technology,Southeast University,Nanjing 210096)Abstract:The influence of gasification by changing gasified pressure,load and different coal of Shell gasifier were studied based on the first part of this paper,the results show that the best gasified pressure of this paper studied was between 2.9MPa and 3.3MPa,the change of load and coal were great impact on coal gasification,Keywords:gasified pressure,load,different coal