气流床气化炉水冷壁结渣特性的实验研究

搭建了小型气流床水冷壁气化炉实验平台，进行水冷壁结渣实验，验证了“以渣抗渣”的思想，为气化炉水冷壁衬里的工业应用提供理论依据．研究了炉内火焰温度、壁温、循环水量等因素对渣的分布及形态的影响，以及渣层对水冷壁的保护作用．结果表明，熔渣对炉壁保护作用明显；循环水影响着水冷壁的正常运行；炉内温度及壁温是影响渣形态和渣分布的主要因素．     

Shell粉煤气化炉渣口区熔渣流动与传热模型

国内Shell粉煤气化炉在长周期运行中曾多次出现大块熔渣堵塞渣池出口的现象,严重制约着工业化装置的安全、经济、稳定运行。为了探讨大块熔渣形成的原因,以Shell粉煤气化炉为研究对象,建立了其渣口区熔渣流动与传热模型。该模型可以预测固态渣层厚度、液态渣层厚度和渣层表面温度等。结果表明:气化炉运行时,由于熔渣的沉积,在渣裙表面将形成一定厚度的固态渣层。开车初期,熔渣全部被冷凝成固态渣,当渣层表面温度超过渣的临界温度,液态渣层开始出现,此后随着时间的增加,固态和液态渣层都继续增厚直至达到稳定状态。离气化炉渣口处越远,渣层厚度和表面温度就越大。气化炉渣口温度和沉积率越低,固态渣层厚度就越大,所需要的特征时间也越长。     

浅议壳牌气化炉的炉温调节

0引言壳牌气化炉内部采用膜式水冷壁结构,用来转移反应产生的热量,并产生废热蒸汽。水冷壁表面附着一层耐火材料,煤粉和氧气、蒸汽在1 600℃的高温下瞬间完成燃烧反应并生成熔融态灰渣,在4个烧嘴对喷产生的旋流作用下,熔融灰渣被甩到水冷壁表面。原始开车时,液态熔渣在耐火衬里及其内置的金属销钉的热传导作用下冷却固化,附着在水冷壁上形成了原始挂渣,渣层增厚到一定程度时热传导作用减弱,外表渣层就变成了熔融态,并向下流淌而使渣层厚度减薄。当厚度降低到一定程度时,热传导作用增大,使熔渣温度降低而固化,渣层重新聚积增厚,这样不断维持动态平衡,实现“以渣抗渣”,保护水冷壁免受高温烧蚀和熔渣冲蚀。渣层的厚度主要取决于炉内温度,炉温的波动会造成渣层厚度的变化。过厚的渣层会使气化炉下部堵渣而停车;过薄的渣层会失去对水冷壁的保护作用。     

气化炉水冷壁衬里传热数值模拟研究

水冷壁衬里是气化炉安全稳定运行的关键部件.以高温高压气流床气化炉内水冷壁耐火衬里为研究对象,采用数值模拟方法对水冷壁衬里附近的流动与传热进行研究,分析了渣层厚度对壁面导热系数、热通量、各层材料表面的影响.结果表明,气化炉原始开车工况下,壁面平均传热系数高达241W/(m2·K),渣钉表面温度约为1517K,此时渣钉容易...     

固定床熔渣气化实验研究

为了研究固定床熔渣气化炉核心区反应状态、炉衬耐火材料应用性能及水冷壁冷却效果,在熔渣气化热态试验装置上进行了连续12 h实验;结果发现,撞击湍流区反应物料组成以固定碳为主,随料层变化不明显;反应产生灰渣含碳量极低,灰渣中硫及碱金属含量较反应前明显减少,Si O2及Al2O3的相对含量明显提高;纯刚玉捣打料抗热震性能差,掺入10%钢纤维可显著提高其抗热震性能;设置水冷壁可有效降低耐火材料表面温度,延长其使用寿命。     

水冷壁气化炉内熔渣流动特性模型

通过将3D气化炉模型、熔渣一维流动传热模型和颗粒壁面捕捉模型耦合,对工业水煤浆水冷壁气化炉内的熔渣流动特性进行模型研究。重点分析了颗粒壁面行为对气化炉结渣的影响以及氧煤比变化对于渣层厚度的影响,并简要分析了水冷壁气化炉和耐火砖气化炉的差异。研究结果表明:大粒径颗粒易于被壁面捕捉,利于穹顶和直筒段渣层的形成,但不利于碳转化率的提高;小粒径颗粒具有高碳转化率,是下游细灰的主要来源,容易加剧下游受热面和灰黑水系统的负担;水冷壁气化炉内形成的固态渣层是气化炉热阻的主要组成部分,能够起到"以渣抗渣"的作用。     

Shell粉煤气化炉渣池内熔渣流动特性

搭建Shell气化炉及其下部渣池的冷模装置,采用糖浆模拟熔渣,研究熔渣离开渣口后,在渣池上部空间的流动特征.研究发现:模拟熔渣离开渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝.当装置负荷大于75%时,部分模拟熔渣会在旋转气流作用下开始沉积到渣裙壁面.模拟熔渣在渣裙壁面上的沉积率...     

Shell气化炉渣池堵渣机理分析

Shell粉煤加压气流床气化技术是先进大型煤气化技术之一。文中结合中石化安庆Shell粉煤气化装置煤质和操作条件,分析了Shell气化炉渣池堵渣机理,提出了优化操作建议。研究表明:Shell气化装置采用的恒源煤灰流动温度约1 500℃,镇雄煤灰流动温度约1 400℃,通过将恒源煤与镇雄煤混配并添加适量石灰石能将配煤灰流动温度降低至1 350℃,同时改善煤灰黏温特性。Shell气化炉渣池结构决定了在一定条件下液态熔渣将沉积在渣屏表面,液态熔渣受渣屏水冷壁冷却形成一固态渣层,当沉积在渣屏表面的大尺度固态渣层脱落后将有可能造成Shell气化炉渣池堵渣问题;通过改善入炉煤质、控制适宜的操作温度和操作负荷等手段可降低Shell气化炉渣池堵渣风险。     

水冷壁气化炉紧急停车渣层热应力分析

基于实验室小型水冷壁气流床气化炉,研究了两种油渣浆气化后在炉内壁形成渣层的内部结构及组成。建立了气化炉水冷壁的三维传热和应力模型,对气化炉紧急停车时炉壁的热应力变化及其分布进行了模拟计算。计算结果表明：渣层中越靠近渣层表面,热应力的变化越大;靠近水冷管和渣钉处的渣层热应力变化相对较小;渣层表面温度变化相同时,孔隙率大的渣层产生的形变较大。     

气化炉辐射废锅上部空间熔渣的流动特征

国内气化炉在长周期运行中曾数次出现大块熔渣堵塞渣池出口的现象,严重制约了工业化装置的经济、安全、稳定运行。为了探讨大渣块形成的原因,文中搭建了气化炉及下部辐射废锅冷模装置,以糖浆作为介质模拟熔渣,对熔渣离开气化炉渣口后,在辐射废锅上部空间的流动特征进行了实验研究,考察了模拟介质黏度和渣口气速对熔渣流动特征的影响。研究发现:熔渣离开渣口落入废锅并非自由沉降过程,而是在入口处气流射流作用下发生破裂,由液膜形成液丝。当渣口气速较高时,部分熔渣在回流区气流卷吸作用下开始沉积到废锅壁面。熔渣在废锅壁面上的沉积率随着渣口气速的增大而增大,随着模拟介质黏度的增大而减小。而熔渣沉积区域离渣口的距离随着渣口气速的增大而减小,随着模拟介质黏度的增大而增大。     

气流床煤气化炉壁面反应模型

建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。     

Flow properties of low-rank coal ash slags: Implications for slagging gasification

For predicting satisfactory operation in slagging fixed-bed gasification, a slag should have a viscosity of < 10 Pa s at 1300 °C when measured in a reducing atmosphere. Various phenomena related to slag flow observed qualitatively in pilot plant testing can be explained or predicted from results obtained in the laboratory. Hysteresis between cooling cycle and heating cycle viscosities requires that slag must be reheated well above its initial temperature to resume slag tapping that was interrupted by a temperature fluctuation. A transition from a reducing to an oxidizing atmosphere in the gasifier hearth, such as may be caused by fuel bed bridging, will raise slag viscosity enough to impair or stop flow even in the absence of hearth cooling. Formation of metallic iron by partial reduction of the slag will raise viscosity, but for low-silica slags which give good slagging operation in the gasifier this effect is not usually serious.     

水冷壁气化炉熔渣表面形态的几何特性

在小型气流床气化炉中进行了水冷壁结渣实验，研究了不同温度下炉内熔渣的表面形态，并进行了定量分析。本文提出了当量温度T的概念，T等于熔渣温度与灰熔点的比值。利用图像分析软件ImageJ测得熔渣表面粗糙度，当量温度小于1时，粗糙度较高；当量温度大于1时，粗糙度较低。用“小岛法”求得了熔渣表面的分形维数，并得到了当量温度与分维数之间的关系。     

德士古气化炉渣堵机理探讨

介绍了造成德士古冰煤浆加压气化炉渣堵的几个影响因素，并分析了产生原因，从选用优质耐火砖，稳定气化炉运行，严格控制炉温，使用破渣机等几个方面提出了预防气化炉渣堵的有效措施。     

Modeling of an oxygen-staged membrane wall gasifier: effects of secondary oxygen

A new type of entrained flow gasifier with membrane wall and two-stage oxygen supply is being developed in China. The fraction of the secondary oxygen in total oxygen (FSO) is an important parameter for this kind of gasifier. A dynamic reduced order model (ROM) based on a reactor network model (RNM) is developed for this gasifier, which is used to investigate the effects of FSO on the slag layer thickness profile on the wall and explore the potential of FSO in dynamic slag control. The ROM adopts a flexible RNM blocking method, which varies with FSO to account for the influence of FSO on the flow pattern in the gasifier. Available industrial data was used to validate the model and a detailed sensitivity analysis for the calculation of slag layer thickness was performed. Static analyses show that FSO has a marked effect on the slag thickness distribution and higher FSO leads to lower heat loss through the wall. Finally, a slag control system, which introduced FSO as an auxiliary regulator, is proposed. Dynamic simulation shows that the new control system offers an improved performance in slag control and can broaden the regulating range of operating temperature.     

On the scaling-up of a two-stage air blown entrained flow coal gasifier

A two-stage air blown entrained flow gasifier is being developed in Japan for the IGCC process. However, its scale-up up faces significant difficulties because of ash/slag deposition problems. The ash/slag deposition in the gasifier depends on both the ash properties and entrainment produced by the swirling gas flow. Therefore, the flow hydrodynamics are critical issues for the control of the ash behavior. In this paper, a comprehensive simulation model is used to examine the effects of the gasifier geometry and jet configuration on the flow hydrodynamics in order to control the ash deposition on the gasifier walls. A swirl number for the multi-stage injection swirling gas flow is defined and proved to be the most important hydrodynamic scaling law for the entrained flow gasifier.