连续进出料鼓泡流化床颗粒停留时间分布

针对双流化床气化或双床热解气化工艺中鼓泡床反应器的设计,采用脉冲法研究了Geldart B类固体颗粒在连续颗粒进料和出料的矩形流化床内的停留时间分布(RTD),考察了气速、床料高度、粒径、物料流率等操作参数对RTD的影响. 结果表明,物料流率、床料高度、粒径是影响颗粒RTD的主要因素,而气速则是次要因素. 随物料流率和粒径增加,鼓泡床内颗粒流动向平推流靠近;随床料高度增加,物料在床内的混合更加充分,颗粒流动向全混流靠近. 根据实验结果,推荐采用比理想平推流时间低9%~18%计算平均颗粒停留时间.     

提升管与双流化床耦合的全循环气固流动模拟

多床耦合装置可实现不同的化学反应过程和温度匹配,为了理解多床的调节特性和稳定运行范围,采用数值模拟对提升管耦合双流化床的气固流动行为进行了研究。固体循环流率通过上下2个L阀充气进行控制,并且上L阀和下L阀充气量匹配才能保证装置的稳定运行。模拟了多组操作工况,发现稳定运行范围内上L阀和下L阀充气量呈线性匹配关系,固体循环流率也与L阀充气量线性相关,最高达到了564 kg/(m~2·s)。当下L阀充气增大到一定值时,气体会沿下立管上升产生明显气泡,而随着上L阀充气量的提高,上立管中的物料堆积高度明显下降。对各部件压降分析表明,在不同工况条件时下L阀、提升管、上斜管的压降变化较大,而其余部件的压降变化较小。     

循环流化床U型回料阀的特性

实验对循环流化床物料回送系统的关键部件——U型回料阀的工作特性进行了研究,具体研究了系统中循环流率与主床流化风速和松动风量的关系,以及通过改变U型阀横段开口尺寸,研究横段结构特征对U型阀返料特性的影响。当主床流化风速不变时,随着松动风量的增加,循环流率先线性增大,然后基本保持恒定;当松动风量一定时,系统的最大循环流率与主床流化风速基本为线性关系;实验中得出最佳孔口面积约为料腿截面面积的25%。     

循环流化床U型回料阀的特性

实验对循环流化床物料回送系统的关键部件——U型回料阀的工作特性进行了研究，具体研究了系统中循环流率与主床流化风速和松动风量的关系，以及通过改变U型阀横段开口尺寸，研究横段结构特征对U型阀返料特性的影响。当主床流化风速不变时，随着松动风量的增加，循环流率先线性增大，然后基本保持恒定；当松动风量一定时，系统的最大循环流率与主床流化风速基本为线性关系；实验中得出最佳孔口面积约为料腿截面面积的25%。     

双流化床反应器间气体泄漏规律的数值模拟

建立了描述双流化床化学链燃烧反应器内气固两相流动的数学模型,采用计算流体动力学方法,模拟考察了提升管和鼓泡床相耦合的双流化床内不同单元之间气体泄漏产生原因和影响因素。化学链燃烧系统压力平衡的分析结果表明,反应器间的气体泄漏主要发生在溢流装置和鼓泡床之间;增大溢流装置表观气速,气体泄漏增大,而增大提升管或鼓泡床表观气速时,气体泄漏会随之减小;化学链燃烧系统内颗粒总藏量增加时,气体泄漏会减小;颗粒粒径减小后反应器之间气体泄漏降低。其研究结果对其他循环流化床反应器的设计与工程放大也有一定的借鉴作用。     

循环型高通量输送床的建立与控制

密相输送床气化和双流化床气化是基于循环型流化床反应器发展起来的两种新型煤和生物质气化技术,根据这两种技术对流动的要求,提出了在循环流化床的下行床底部耦合一段移动床,为输送床内的流动提供足够高的驱动压力而提高颗粒循环量的技术思想。在根据该思想而建立的直径90 mm的输送床实验装置上的实验研究表明,利用所提出的床型构造可在表观气速9.6 m•s^-1下实现400 kg•m^-2•s^-1的颗粒循环量。输送床的一次风速和移动床松动风速是影响颗粒循环量和输送床内颗粒浓度的主要因素,但循环量随输送床一次风速的增大而增加的走势弱于普通循环流化床。移动床松动风速在小于颗粒最小流化速度的范围内轻微变动即可显著改变颗粒循环量和输送床内颗粒浓度。在保持输送床总气速不变的前提下,通过二次风可在40%的比例范围内调节颗粒循环量,且调节作用随二次风位置的增高而减弱。     

双流化床生物质气化炉研究进展

生物质是重要的清洁可再生能源,双流化床生物质气化技术是将低品位的生物质能转化成高品位氢能的重要途径。本文阐明了双流化床气化过程的基本原理,从燃气中氢气浓度、焦油含量和装置热效率等角度,介绍了双流化床生物质气化技术的早期探索和发展现状,对目前几种典型双流化床生物质气化炉的炉型设计及相关试验研究进行了分析和总结。指出内循环双流化床气化炉结构虽然简单紧凑,但是难以避免气化室和燃烧室之间的气体串混问题;而外循环流化床通过外置返料器很好地解决了气体串混问题。分析了不同气化室优化设计方案对提升燃气品质的理论依据及其优缺点。最后对双流化床生物质气化技术的发展进行了总结和展望,指出双流化床生物质气化制氢具有非常广阔的工业化应用和发展前景。     

煤燃烧解耦双流化床气化反应基础研究

为确定燃烧解耦双流化床气化的气化反应条件和气化反应器的设计,在直径60 mm和高700 mm的小型流化床反应器中,采用粒径8 mm以下的锅炉烟煤以间歇气化方式在1 133 K的条件下,研究了进料方式、气化剂中水蒸汽和O2含量、以及煤料粒径等因素对煤气化生成燃气反应过程的影响,重点考察了各因素对煤转化速率的作用规律.综合各因素对C转化为燃气的速度、最大C转化率及生成气热值的影响趋势,确定了适宜的煤气化操作条件为;从流化颗粒表面附近加料,气化剂中O2体积分率5%、水蒸汽体积分率35%,煤粒径小于5 mm.在该条件下,实现60%的C转化为燃气所需要的停留时间大致为600s.     

L阀粉体流量调节特性实验研究

对L阀作为排灰阀的控料特点进行实验研究,分别探究颗粒粒径、颗粒密度和充气点位置对L阀粉体流量调节特性的影响。结果表明,颗粒粒径越大,达到相同质量流率所需的充气流量就越大,L阀调节精度越高;密度对质量流率的调节影响较小,对调节范围的影响较大;充气点位置升高,L阀流动阻力增加,调节精度提高。L阀的水平段充气返料能力有限,但调节精度很高,可作为辅助调节方式与上充气管配合工作,比较L阀和流动密封阀的调节特性可知L阀结构简单、易启动、操作容易,但调节精度略低,不适用于较细的颗粒。     

双流化床生物质气化的三维全循环数值模拟

基于多相质点网格方法 (multi-phase particle-in-cell,MP-PIC)对工业尺度的双流化床生物质气化过程进行了三维全循环数值模拟。其中,在拉格朗日框架下求解颗粒团运动,采用大涡模拟法(large-eddy simulation, LES)求解气相湍流,同时考虑复杂的气固耦合以及生物质的热解、气化、均相/异相反应。首先,通过独立性检验确定了计算所需的最佳网格数与计算颗粒数,且模拟结果和实验结果对比良好。其次,揭示了流化床内生物质气化过程中的气固流动特性及气体组分分布规律,研究了床内温度、生物质粒径、曳力模型等因素对产物气体组分分布的影响。结果表明:温度升高,出口处的CO摩尔分数增加,而其余组分都减小;较小生物质粒径的气化效果要优于较大的生物质颗粒粒径;曳力模型对各产物气体组分的摩尔分数几乎无影响。     

移动床反应器在能源加工过程的应用研究进展

介绍了移动床反应器的反应过程、类别及特点。重点阐述了移动床反应器在催化重整、汽油脱硫、重油轻质化等石油加工领域,煤炭裂解、煤炭气化等煤炭加工过程,生物质气化和生物质裂解等生物质利用过程,以及在固体有机废物处理、共气化处理过程等技术领域的应用研究进展,并对移动床反应器的未来发展趋势进行了展望。移动床反应器型式不会淡出历史舞台,而会结合其自身的特点不断得到发展和应用。     

固体热载体外循环逆流移动床生物质气化工艺

基于实验室外循环逆流移动床(ECCMB)催化气化反应体系进行了生物质气化实验研究。该反应系统由移动床热解反应器、气固逆流移动床气化反应器和提升管燃烧反应器组成。以白松木屑为生物质原料、煅烧橄榄石为热载体(催化剂)进行气化实验,考察了热解器温度、水蒸气质量/生物质质量(S/B)、原料粒度以及气化器床层高度对气化结果的影响。实验结果表明:反应器温度和S/B是影响气化产品分布的重要因素;随热解温度的升高,气体产率和化学效率显著提高,氢气含量也有所增加;水蒸气的加入不仅提高了产气率,焦油含量明显降低;原料颗粒粒度和气化器床层高度均对产品分布和化学效率产生不同程度的影响。     

白云石对稻草水蒸气气化特性的影响

以稻草为生物质原料,水蒸气为介质,白云石为催化剂,在固定床气化炉中进行生物质水蒸气气化等反应,考察了白云石粒径(5~20mm)、白云石床高(550~1 000mm)和煅烧白云石等对生物质水蒸气气化特性的影响。结果表明,在气化炉中装入白云石,有助于生物质水蒸气气化、催化裂解、二氧化碳重整和水蒸气重整等反应进行。白云石粒径减小、白云石床高和煅烧白云石含量增加,有利于产气中氢体积分数的增加。当白云石粒径为5~10mm、白云石床高为1 000mm和煅烧白云石为100%时,产气中氢体积分数最大为53.18%,产氢率最大为0.92m³/kg,产气率最大为1.72m³/kg,气化效率最大为99.93%,水蒸气近似分解率最大为51.28%。     

白云石对稻草水蒸气气化特性的影响北大核心

以稻草为生物质原料,水蒸气为介质,白云石为催化剂,在固定床气化炉中进行生物质水蒸气气化等反应,考察了白云石粒径(5~20 mm)、白云石床高(550~1 000 mm)和煅烧白云石等对生物质水蒸气气化特性的影响。结果表明,在气化炉中装入白云石,有助于生物质水蒸气气化、催化裂解、二氧化碳重整和水蒸气重整等反应进行。白云石粒径减小、白云石床高和煅烧白云石含量增加,有利于产气中氢体积分数的增加。当白云石粒径为5~10 mm、白云石床高为1 000 mm和煅烧白云石为100%时,产气中氢体积分数最大为53.18%,产氢率最大为0.92 m^3/kg,产气率最大为1.72 m^3/kg,气化效率最大为99.93%,水蒸气近似分解率最大为51.28%。     

循环流化床L阀返料特性研究

在循环流化床中以不同粒径的聚苯乙烯颗粒作为冷态实验物料,分别研究了L阀水平段长度、颗粒粒径、充气点位置和立管高度对L阀排料的影响规律。实验结果表明:L阀水平段长度越长,颗粒流动越不稳定,达到相同的质量流率所需的充气量越高;L阀更加适合作为较大粒径颗粒的返料装置,并且颗粒粒径越大,达到相同的质量流率所需充气量越大;在满足立管压降的基础上,适当地提高充气点位置更有利于颗粒流量的稳定调节;立管高度越高,在相同充气量下,L阀的返料速率越大。在满足设计要求的前提下立管高度越高、充气点位置适当提高和采用较短的水平段都有助于提高L阀排料速率和操控的稳定性。     

塔式化学链燃烧反应器系统的气固流动特性

目前,化学链燃烧技术主要局限于不充分的燃料转化和低效的碳捕集率。为了解决这一问题,本文提出了一种基于多腔室塔式鼓泡床的化学链燃烧反应器系统。该系统由塔式燃料反应器、空气反应器、旋风分离器、返料器、提升管和下降管组成循环回路。采用压力测量和气体检测的方法,基于冷态模型研究在不同风量下该系统内的压力分布、气固分布、固体循环量以及窜气规律等气固流动特性。结果表明：返料器可以弥补两个反应器间存在的压差,保持系统内的压力平衡;燃料反应器内流化数应控制在3.5~4.0之间,在保证反应器内气固均匀分布的同时,减弱隔板处的压力损失;固体循环量与提升管内压降成正比,最高可达0.013kg/s,主要影响因素为反应器内流化数;返料器至反应器的窜气率为4%~8%,而两个反应器间几乎没有气体窜混,这为热态反应器的设计与运行提供了良好的实验基础。     

延长石油两项煤化工技术国际领先

<正>陕西延长石油集团碳氢高效利用技术研究中心开发的双流化床超大型粉煤气化(KSY)技术和粉煤热解-气化一体化(CCSI)氧气气化技术,分别在西安通过由陕西省化工学会组织的技术成果鉴定。专家认为这两项技术成果均具有原始创新性,居国际领先水平,建议加快产业化应用。在TRIG输运床气化技术的基础上,该中心与KBR公司合作并主导研发了双流化床超大型粉煤气化成套技术,将原料范围拓展到到褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤及"三高"劣质煤等,单套气化炉加工量达到5 000t/d,是全球能够处理中高阶煤种最大的气化炉,具有规模超大型化、转化效率高、成本低、耗水少等优势,将推     

CFB煤燃烧／热解双反应器立管内气固流动模型分析

在循环流化床（CFB）煤燃烧／热解双反应器冷态实验装置上,以硅胶和电厂锅炉灰为实验物料,考察了立管内的气固流动特性,其中立管的内径44mm、高3m。研究结果表明,立管内的气固流动形态为移动床流动,Leung的立管流动模型适合对该系统中立管内移动床流动的描述,经拟合分别得到了立管内气、同速率以及气同相对速率与固体速率之间的经验方程,对热态实验过程中判断立管内的气固流动型态以及料封的稳定性均具有一定的参考价值。     

鼓泡流化床内粉煤气化的数值模拟

将应用欧拉双流体模型对鼓泡气化炉内的气化过程进行研究。摒弃传统颗粒动理学理论中颗粒光滑无旋转的假设,引入颗粒的旋转运动,构建粗糙颗粒动理学理论来封闭双流体模型。基于燃烧理论建立粉煤热解、气化模型以及鼓泡床内气固之间以及气体和气体之间的传热、传质模型。采用该模型进行数值模拟计算,分析床内的气固反应过程,对比实验结果表明粗糙颗粒动理学理论适用于模拟鼓泡床气化炉内的反应。     

循环流化床返料阀结构对循环流率动态响应特性的影响

循环流化床锅炉燃烧技术是一种洁净煤燃烧技术,其应对负荷变化的灵活性未来会得到更多的关注。但目前对于负荷变化的研究集中于调峰策略优化,缺乏提升CFB本身变负荷速率的影响因素研究。在CFB锅炉负荷变化时,循环流率也随之变化,并达到新的平衡态,而返料阀的结构是循环流率的重要影响因素。因此,为了研究CFB锅炉变负荷响应速率的影响因素,基于CPFD方法对某75 t/h循环流化床锅炉立管及返料阀内在循环流率变化时的流动行为进行模拟,研究不同返料阀结构对循环流率变化的响应速度。结果表明,在立管远离回料阀侧及回料阀水平横段底部存在一定的流动死区,返料阀及立管内物料仅在较小的区域内有较大的移动速度。当循环流率增加时,较小的颗粒移动区域限制了其达到更大流量平衡的时间,减弱了系统变负荷的响应速率。在松动风、流化风分别为0. 14和0. 30 m/s,循环流率从50 kg/(m~2·s)提升到60 kg/(m~2·s)时,随着水平横段长度的增加,系统响应时间先急剧减小后缓慢上升;返料阀水平横段长度与立管直径之比为3. 5时,最短响应时间为67 s。保持流化风量不变并改变松动风大小,系统响应时间随松动风量的增加而减小,但不同返料阀结构下系统响应时间的规律相似。返料阀对循环流率变化的响应速度与返料阀内的流动死区大小密切相关。