高温煤气化动力学及两段式气化炉的模型研究

【摘要】：煤气化是洁净煤技术的重要组成部分。非熔渣-熔渣两段式气化工艺是具有自主知识产权的先进煤气化技术。建立模型是研究气化技术的非常有效的手段之一,而高温反应动力学的研究,则是煤气化技术研究和模型化的基础。 本文首先利用程序升温的热重分析方法对 7 种不同煤样进行了煤的高温气化动力学的研究。利用 Coats-Redfern 的指数积分法来处理热重实验数据,得到7 种不同煤样和氧气以及二氧化碳反应的动力学参数。从热重曲线可以得知煤在氧气中的燃烧反应比在二氧化碳中的气化反应要容易进行的多,而且反应速率更快,反应时间更短。通过对煤气化动力学特征的分析发现煤的反应动力学特性和煤的化学组成息息相关,其中挥发份的含量和氢碳比越高,反应的活化能越小,而且它们基本呈线性关系。 在化学反应动力学研究的基础上,结合两段式气化炉内的流动以及燃烧和气化反应特性,建立了两段式气化炉的动力学模型。该模型较为真实地反映了气化炉内的反应过程,并考虑了气化炉结构尺寸对气化过程和结果的影响。 利用所建立的两段式气化炉模型,对等径式、颈缩式和渐扩式三种结构的两段式气化炉进行模型计算,得到温度、气体组成及其含量、碳转化率等参数沿气化炉炉膛的分布情况。同时利用模型预测了氧煤比、水煤浆浓度、二次氧比例和二次氧加入位置等操作条件变化对气化结果的影响。 【关键词】：煤气化 两段式 热重分析 动力学 数学模型
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 第1章 课题背景11-26
• 1.1 煤气化是洁净煤的重要方向11-14
• 1.1.1 能源和环境现状11-12
• 1.1.2 煤气化的重要性12-13
• 1.1.3 国内外煤气化发展13-14
• 1.2 煤气化动力学研究14-22
• 1.2.1 煤气化动力学的研究方法16-17
• 1.2.2 煤气化动力学研究现状17-20
• 1.2.3 煤气化反应动力学模型20-22
• 1.3 气化炉模型22-24
• 1.3.1 热力学模型22-23
• 1.3.2 动力学模型23-24
• 1.4 本文的研究内容24-26
• 1.4.1 高温煤气化动力学24-25
• 1.4.2 两段式气化炉动力学模型25-26
• 第2章 高温煤气化动力学研究26-34
• 2.1 实验方法26
• 2.2 实验结果26-28
• 2.3 高温动力学参数的求取28-30
• 2.4 结果分析30-34
• 2.4.1 煤气化的Arrhenius 图30
• 2.4.2 煤气化动力学特征分析30-34
• 第3章 两段式煤气化简介及水煤浆气化理论34-48
• 3.1 两段式煤气化炉的结构和工艺流程34-36
• 3.2 水煤浆气化原理36-43
• 3.2.1 水煤浆气化过程36-39
• 3.2.2 气化炉内的流动39-40
• 3.2.3 气化过程各主要反应及其速率的确定40-43
• 3.3 两段式煤气化建模43-48
• 3.3.1 模型研究对象43-44
• 3.3.2 模型的建立44-45
• 3.3.3 模型的求解45-46
• 3.3.4 模型的验证46-48
• 第4章 两段式气化炉模型计算结果及分析48-58
• 4.1 两段式炉内的特性48-50
• 4.2 操作条件对气化结果的影响50-58
• 4.2.1 氧煤比的影响50-52
• 4.2.2 水煤浆浓度的影响52-54
• 4.2.3 二次氧气加入比例的影响54-55
• 4.2.4 二次氧气加入位置的影响55-58
• 第5章 结论及展望58-60
• 5.1 本文的主要贡献和结论58
• 5.2 进一步的工作和展望58-60
• 参考文献60-65
• 致谢与声明65-66
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果66

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