多喷嘴对置式气流床气化炉内热态行为的研究进展

气流床气化具有原料适应性广、碳转化率高、单炉处理量大、环境污染小等显著优势,已成为当今煤气化技术的主流发展方向。气流床气化过程涉及高温、高压下多相流动与复杂化学反应的相互作用,炉内反应机理尤为复杂。开展多喷嘴对置式气流床气化炉内热态行为研究能为揭示气流床气化炉内反应机理、丰富和发展气流床煤气化理论体系以及为工业气化装置优化设计和长周期高效稳定运行提供重要依据。本文综述了气流床气化炉内温度场及撞击火焰结构、高温颗粒群动态特性(原位雾化、颗粒流动及演化行为)、火焰光谱辐射特性、煤灰熔融机理和流动特性、气化过程固体结构演变及其对气化反应机理的影响等多喷嘴对置式气流床气化热态行为关键科学问题的国内外研究进展。研究人员提出并验证了单视角重建气流床气化三维火焰结构及三维温度场的数学方法,揭示了气流床气化炉内热态颗粒形态、空间行为及壁面沉积过程统计学规律,基于火焰自由基分布特征揭示了撞击气化过程强化反应机理,获得了煤灰中不同矿物组分对煤灰熔融机理及流动特性的定性影响规律,系统考察了气化过程固体理化结构演变规律及其对气化反应的作用机制。展望了今后多喷嘴对置式气流床气化热态行为的研究方向。     

顶喷粉煤气化炉流场特性模拟分析及应用

基于气化反应的机理以及计算机仿真模拟计算技术,采用顶喷粉煤加压气化炉冷态和热态反应的数学模型,分析冷态条件下煤粉颗粒流的运行轨迹、热态条件下气化炉流场结构特点以及对壁面传热和挂渣的影响规律,提出了顶喷加压气化炉流场分区结构理论,并将理论与实炉运行相结合,相互验证。研究结果表明:冷态条件下连续相与颗粒相之间存在动量的传递,氧气的旋转带动煤粉颗粒的旋转运动,但在气化炉不同区域流场结构存在很大差异;中部区域湍流混合效果最好,也是热化学反应进行最彻底的区域,气化炉拱顶区域为弱湍流区域,温度较低,与之对应的渣层分布也呈现蓬松、起伏不平的特点。实炉运行结果显示,新型组合式烧嘴运行时,合成气有效气成分提高了2%,气化生成的渣粒细小且均匀。     

基于MATLAB的固定床煤气化过程动力学模型的模拟研究

以原煤、半焦和焦炭为原料,二氧化碳、水蒸气为气化剂在固定床气化炉内进行气化,根据3种原料的动力学参数建立数学模型,用MATLAB软件编写模拟程序求解常微分方程组,采用打靶法对固定床气化炉从底部开始的每一个微元体进行模拟计算,根据模拟结果可知原煤、半焦和焦炭3种原料在固定床气化炉内气化反应温度随床层高度的增加先升高后降低,反应活性为原煤的最好,半焦次之,焦炭的反应活性最差。     

比利时-德国煤炭地下气化过程模拟试验

本研究旨在建立模拟壁式气化炉的动力学模型。首先建立一个忽略煤中挥发份的一维模型，并由此推断出，由于气一固接触表面少，一个长壁地下气化炉的效率比一个地面气化炉或一个多峰地下气化炉的效率低得多。另外，考虑到在径向上存在着干燥和挥发反应。为此，建立了一个特殊的模型来模拟这种现象。     

固定床液态熔渣气化炉渣池液位控制方法探究

固定床液态熔渣气化炉采用固定床加压气化、液态排渣技术，液态熔渣气化炉与其他固定床工艺相比具有气化温度、气化效率、有效气含量均高以及蒸汽使用量少、废水产量低等优点。液态熔渣控制是熔渣气化炉稳定运行的重中之重，研究熔渣气化炉渣池液位控制方法具有重要意义。为保证固定床熔渣气化炉液态熔渣的顺利排出，通过研究原料煤品质、助熔剂配比、汽氧比、烧嘴火焰温度、排渣控制参数设置及操作经验等因素对气化炉排渣的影响，提出液态熔渣排渣控制方法。结果表明：CaO含量控制在35%～40%则可降低液态渣的灰熔融温度，通过调整石灰石配比将液渣黏度控制在1～3 Pa·s,可保证液态渣的流动性；烧嘴火焰温度影响排渣口处液渣的温度，将其控制在1 700～1 750℃时其液渣流动性最佳；汽氧比对渣温同样具有重要影响，汽氧比低会使燃烧反应加剧、气化炉反应温度升高，可通过熔渣颜色判断汽氧比状况，汽氧比控制在0.88～0.92 kg/Nm³最佳；气化炉稳定运行时，下渣时间控制为禁止排渣时间(T₁)为120～200 s,允许排渣时间(T₂)为100 s,下渣时间(T<...     

使用油管生产致密气、高产煤层气的管柱内压降计算

鄂尔多斯盆地东缘存在致密气、煤层气两气叠置发育、垂向分布特点,合采时的管柱压降计算成为影响井下两气多层合采设计的关键因素。采用油管作为合采管柱,结合喷嘴雾化特征,分析了致密气与煤层气两气合采井的压力分布规律,建立了气、水两相混合流动模型,给出了计算合采管柱内混合流压降和合采管柱携液能力计算方法。     

多孔煤炭地下气化炉运行规律浅析

为提高多孔煤炭地下气化炉的产气量和热值,在建炉时首先确定炉型,并对气化炉进行炉体改造;在点火运行后,对多孔气化炉的运行规律进行探讨,寻找适宜于多孔气化炉每个通道的造气条件。     

煤质对水煤浆加压气化炉操作性能的影响探析

基于褐煤、烟煤、无烟煤用作水煤浆加压气化原料的煤质分析,主要分析和阐述了煤的基础分析、制浆性能以及煤的灰渣特性对水煤浆加压气化炉操作性能的影响。分析研究表明,为提高气化炉的冷煤气效率、降低其比氧耗和比煤耗及提高气化炉的运行经济性能以推进水煤加压气化炉的智能化和精细化操作水平,应加强对原料煤的煤质分析和监督管理工作。     

Texaco气化炉气化过程的数值模拟分析

针对Texaco气化炉的气化过程,建立气化炉几何模型,并利用CFD软件Fluent对三维Texaco气化炉的气化过程进行数值模拟,研究和分析水煤浆浓度64%时气化炉内温度分布、产物分布情况,并发现水煤浆浓度、氧煤比对气化炉出口处合成气的温度以及成分有重要的影响。     

基于Aspen Plus的废锅流程粉煤气化炉稳态流程模拟

粉煤气流床具有氧耗低、煤耗低、碳转换率高等优点，在工业中应用广泛。废锅流程可有效回收粉煤气化炉产生的粗合成气余热，从长远角度看更为经济环保。基于Aspen Plus建立了废锅流程粉煤气化炉稳态流程模型。在建模过程中，由于粗合成气进入辐射废锅时温度较高，需将辐射废锅内进一步的气化反应考虑在内。依据工程经验数据，将散热损失和碳转化率考虑在模型内，并与工业现场数据对比验证了模型的准确性。基于搭建的模型，研究了氧煤比、蒸汽煤比、碳转换率对气化参数的影响。研究结果表明，合成气有效成分随氧煤比的增加先急速增加后缓慢减少，在氧煤比为0.5时达到峰值。氧煤比低于0.5时，气化温度随着氧煤比的增加缓慢增长；氧煤比在0.5～0.9时，气化温度随氧煤比的增加剧烈增长；氧煤比高于1时，气化温度几乎不随氧煤比的增加而变化。考虑到气化温度不能低于煤种的熔融温度以利于炉内排渣，运行时应控制氧煤比高于0.6。合成气中有效成分(CO+H₂)含量随蒸汽煤比的增加几乎呈线性降低，随碳转化率的增加而增加；气化温度随蒸汽比和碳转化率的增加而降低。     

煤层群混合开采采动裂隙发育规律研究

鉴于煤层群开采采动裂隙的发育规律对于顶板控制具有重要影响,以贵州松河煤矿煤层群混合开采生产地质条件为背景,通过相似物理模拟,研究了煤层群混合开采过程中覆岩裂隙的发育规律。研究表明：煤层群采用混合开采顺序时,覆岩裂隙的发育程度受煤层群复合厚度、层间距、开采顺序的影响;煤层群下行开采时,下层煤开采将导致上层煤裂采比增大,煤层群上行开采时,上层煤开采后裂采比相对较小,但会引起邻近下层已开采煤层顶板内裂隙继续发育,使其裂采比增大;裂采比和煤层复合厚度之间呈对数关系,裂隙发展高度和煤层顶板下沉量之间呈三次多项式关系。研究结果可为煤层群混合开采顶板控制设计提供理论依据。     

粉末冶金Fe-2Cu-xC合金的性能研究

采用还原铁粉、雾化铁粉、电解铜粉和石墨作为原材料,用预混合法和直接机械混合法对粉末进行混合,得到Fe-2Cu-xC混合粉末后压制和烧结.同时探索了混合工艺对混合粉末性能的影响,并研究了碳含量对Fe-2Cu-xC合金材料的烧结性能和组织的影响.研究结果表明:预混合法比直接机械混合法的混合粉末压制性能更好,碳含量提高了铁铜碳合金材料的综合力学性能和烧结尺寸精度.     

影响鲁奇气化炉连续稳定运行的原因分析

通过对影响鲁奇气化炉长周期稳定运行的主要原因分析,提出了针对性改进措施,认为通过改进可以延长气化炉炉篦的使用寿命、降低灰锁上下阀填料泄漏的频率、提高煤质质量和减少煤锁因液压阀内漏对煤锁操作的影响,大大提高了鲁奇气化炉的连续运转率。     

鲁奇气化工艺优化控制

为了有效提高鲁奇气化炉经济运行效果,对影响气化炉能耗的原因进行了分析,从改善入炉煤煤质到节能技术的应用等方面对鲁奇气化工艺进行了优化控制,提出了根据灰熔点分类堆放、降低灰分加强矸石手选能力、选择合适汽氧比等气化炉稳定经济运行的措施.研究结果表明,通过改变原料煤煤质、优化气化炉工艺控制以及采用节能技术,有效降低了鲁奇气化炉的能耗指标.     

煤的模型化合物混合燃料气流床气化过程中NH3的生成率

将煤的含氮模型化合物吡啶配入柴油中模拟煤中氮的存在形式,考察了该混合燃料在四喷嘴对置式气化炉实验装置中,不同氧碳比对气化室出口NH₃生成率的影响.结果表明,在氧碳比1.05～1.97 m³/kg范围内,NH₃生成率存在最大值;当燃料中N含量过高时,NH₃生成率较低;碳转化率和气化炉型也是影响NH₃生成率的重要因素.     

多喷嘴对置与新型水煤浆气化炉气化的对比

为了考察新型水煤浆气化炉与多喷嘴对置式水煤浆气化炉的对比，应用数值模拟的方法，对该新型水煤浆气化炉与多喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化进行了热态数值模拟研究.结果表明，新型水煤浆气化炉在炉内气化流场的组织和产出的有效气成分上均优于多喷嘴对置式水煤浆气化炉，在相同容量的气化炉内，新型水煤浆气化炉与多喷嘴对置式水煤浆气化炉对比，碳转化率高0.75%，水解率高近2.91%，干有效气成分高5.34%，冷煤气效率高7.09%，每产出1 000 m³有效气（CO+ H₂）可节省氧气20 m³，节省煤36 kg.     

煤气化数值模拟中湍流气相反应模型的比较研究

为获得煤气化炉数值模拟研究中常用湍流气相反应模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析比较了3种湍流气相反应模型计算的温度场、浓度场和碳转化率分布,并与实验数据进行比较。结果表明:湍流气相反应模型对气化炉火焰区温度场和浓度场计算影响较大,但是对气化炉后部影响较小;EDM模型对合成气组分的浓度分布预测误差较大;基于单混合分数的PDF模型对喷嘴出口附近的温度场和浓度场的预测结果不合理,但是对气化炉出口参数的预测较为准确;EDC模型预测结果良好,但是会高估火焰温度,进一步考虑基元反应和详细化学反应机理可以改善EDC模型对火焰温度的预测。     

COREX炼铁工艺用煤的热解特性及气体生成规律

采用热重质谱联用分析技术研究COREX炼铁工艺用煤的热解特性及热解气体产物的生成规律,并且结合COREX熔融气化炉炉内条件考察煤种、升温速率、CO气氛等因素对煤热解行为的影响。研究结果表明：兴隆庄煤和大同煤具有相似的热解特性及气体释放规律,其中煤阶较低的兴隆庄煤热解的质量变化速率大于大同煤。升温速率越大,煤热解的质量变化速率越大,然而对煤热解的最终质量分数影响不大;气体组分的释放速率随升温速率的增大而增大,并且最大释放速率所对应的温度向低温偏移;CO气氛使煤的热解最大质量变化速率降低,同时使二次裂解反应滞后。     

超生雾化降尘研究及应用

为解决某矿破碎筛分车间粉尘污染问题,采用喷嘴雾化理论设计喷嘴雾化降尘实验,并根据实验结果在该矿破碎筛分车间应用了超声雾化降尘技术。实验及应用结果表明：超声雾化发生器的液体雾化装置,气体辅助雾化装置和雾束形成器的几何结构影响喷雾的雾化参数与流量特性,液体雾化器与气体辅助雾化装置影响液体初次破碎与雾化,雾束形成器影响雾滴的二次破碎与约束液束形态;超声雾化发生器的气液比与气液压力比存在幂函数关系,幂指数为-1.09;雾滴粒径越小,雾滴的降尘效率越高,当雾滴D50为23 μm时,雾滴的降尘效率在94%以上;在破碎筛分车间振动筛给料皮带和筛上皮带受料点布置超声雾化发生器,超声雾化发生器开启后,车间内粉尘浓度降低至586～10.54 mg/m3,降尘效率在71.38%以上。     

地下煤气的综合利用

煤炭地下气化就是将埋藏在地下的煤炭进行有控制的燃烧 ,通过对煤的热作用及化学反应而产生可燃气体的过程。它将建井、采煤、气化三大工艺合而为一 ,并且有安全性好 ,投资少 ,见效快等优点。1　扩大地下气化炉的规模　降低煤气成本我国目前所建的气化炉普遍较小 ,目的是探索气化炉的运行规律 ,为大规模生产创造条件。在气化炉的费用中。地面系统约占 80 % ,井下部分占 2 0 %。大规模气化炉只是设备造型及管径上有差别 ,两者在地面系统投资上相差不大。现在我国地下煤炭气化都是利用矿井的边角煤和残留煤柱 ,煤炭含量较少 ,寿命一般在 2～ 5…