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常压循环流化床煤气化试验与模型研究

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简介作为一种高效、无气泡、高生产能力的反应器,循环流化床已应用于许多领域,但应用于煤气化的研究和开发工作尚处于起步阶段。本文是针对循环流化床煤气化进行的研究和探索。通过冷态试验研究

作为一种高效、无气泡、高生产能力的反应器,循环流化床已应用于许多领域,但应用于煤气化的研究和开发工作尚处于起步阶段 。本文是针对循环流化床煤气化进行的研究和探索  。 通过冷态试验研究,获得了热态试验台的基本结构设计参数  。在此基础上,建立了循环流化床煤气化热态试验台(提升管高3000mm、直径100mm) 。以神华煤为原料进行了氧气、水蒸气为气化剂的初步试验研究  。结果表明,试验台可长时间稳定运行,冷煤气效率和碳转化率分别可达到60.5%和96.9%,但存在高温结渣和飞灰碳损失高等问题  。 以空气和水蒸气为气化剂,在循环流化床煤气化热态试验台上进行了神华煤、龙口煤和大同煤的气化试验,研究了煤种、加煤速率、空气煤比、蒸汽煤比对气化过程的影响 。在试验研究范围内,龙口煤最高的冷煤气效率和碳转化率分别为53.96%和92.31%,神华煤为45.64%和83.84%,大同煤为34.71%和61.99% 。试验发现损失于飞灰中的碳较多  。进行了蒸汽返料、返料侧加煤和提升管上部加煤探索试验,但没有取得有成效的结果  。 根据试验结果拟合了碳转化率和甲烷产率动力学经验关系式,结合物料平衡、能量平衡和化学平衡,建立了动力学修正的循环流化床煤气化平衡模型  。在与试验相同的条件下,进行了循环流化床煤气化模拟计算,模拟计算结果和试验结果比较吻合  。在此基础上,还就空气加入量、蒸汽加入量及加煤速率对床温、煤气组成、煤气热值、碳转化率和冷煤气效率的影响做了预测和分析 。 摘要3-4ABSTRACT4-5符号说明5-8目录8-10第一章 引言10-281.1 课题研究的背景和意义10-121.2 煤气化技术发展概况12-161.2.1 煤气化过程原理12-131.2.2 煤气化技术发展概况13-151.2.3 中国煤气化技术的现状及发展15-161.3 循环流化床的工艺特点及应用16-181.4 循环流化床煤气化工艺的研究现状18-241.5 中国科学院工程热物理研究所循环流化床煤气化研究进展24-261.6 研究目的和本论文的内容26-28第二章 以氧和水蒸气为气化剂的试验研究28-512.1 循环流化床煤气化热态试验台28-362.1.1 CFBR100的循环流化床煤气化炉29-322.1.2 CFBR100的辅助系统32-362.2 试验材料36-382.3 试验步骤38-392.4 试验数据的确定39-412.5 煤气化过程有关经济技术指标的计算41-462.5.1 物料平衡41-442.5.2 能量平衡44-462.6 以氧和水蒸气为气化剂的煤气化试验46-492.6.1 试验条件及试验结果46-472.6.2 试验过程的温度(及分布)、浓度变化及过程的稳定性47-482.6.3 煤气中的焦油及酚的含量48-492.6.4 结渣问题492.6.5 其它问题492.7 本章小结49-51第三章 以空气和水蒸气为气化剂的试验研究51-823.1 试验装置51-553.1.1 试验台51-523.1.2 设备完善52-553.2 以空气和水蒸气为气化剂的循环流化床煤气化试验55-793.2.1 试验条件及结果56-573.2.2 温度及其分布57-603.2.3 空气煤比的影响60-643.2.4 蒸汽煤比的影响64-673.2.5 加煤速率的影响67-693.2.6 煤种的影响69-713.2.7 返料风的影响71-733.2.8 加料位置的影响73-783.2.9 存在的问题78-793.3 本章小结79-82第四章 循环流化床煤气化的数学模拟82-1034.1 平衡模型综述82-834.2 Factsage~(TM)软件及模拟计算83-864.2.1 Factsage~(TM)软件844.2.2 模拟计算844.2.3 计算结果与试验值的比较84-864.3 循环流化床煤气化平衡模型86-944.3.1 碳转化率动力学经验关系式86-894.3.2 甲烷产率89-904.3.3 平衡模型的建立及计算过程90-924.3.4 模型计算结果与试验值的比较92-944.4 气化过程的预测94-1014.4.1 空气加入量对气化过程的影响95-974.4.2 蒸汽加入量对气化过程的影响97-1004.4.3 加煤速率对气化过程的影响100-1014.5 本章小结101-103第五章 结论与展望103-1055.1 结论103-1045.2 未来工作展望104-105参考文献105-111附录1111-118附录2118-119攻读博士学位期间发表的论文119-120致谢120    

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