煤气化特性研究的现状与展望(2)

在煤气化数值模拟研究方面，则趋向于模拟对象大型化、模型先进化、格式精度精确化。如M.Grǎbner等[11]模拟了新型增压循环流化床气化器即高温动力温克勒气化器）在压力为33bar，容量

为1000MW（4800t/d

）工况下的气化特性，研究内容包括流动模式的形成、湍流、气体产物组分、温度以及辐射热量传递等，模拟结果与文献中实验

测量结果比较一致。L.Yu等[12]则基于双流体模型，结合颗粒流动力学理论和复杂反应理论建立数学模型，模拟了鼓泡流化床气化器中煤的气化特性。他们用颗粒流动力学理论来描述气化反应过程中颗粒之间的碰撞，阿累尼乌斯速率与扩散速率联合确定异相反应的气化速率，而对于均相反应的气化速率则由阿累尼乌斯速率与湍流混合速率联合确定。该模型可以方便预测气相和固相在流化床中以及自由空间的流动特性，而这些特性数据在实验中很难测量，该模型计算所得气体组分与实际的实验测量结果符合较好。

近年来由于增压流化床联合循环发电技术PFBC）的发展，已引起人们广泛注意，目前已经发展到第二代PFBC，主要是利用煤部分气化燃烧集成优化来提高煤炭的综合利用效率，减少对环境污染。目前研究热点集中于该工艺过程中各因素对气化特性的影响机理[13]以及煤炭部分气化后产生半焦的燃烧特性研究[14]。

煤的等离子体气化研究，俄罗斯的研究者们进行了较多基础性研究。如R.A.Kalinenko等[15]在电弧反应器中对3种褐煤（Kansko-Achinsk,Turgay,Pod-

（（

研究与探讨

能源研究与管理2010(1)

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moskovnyi）煤粉（最大颗粒直径<120μm）的等离子体气化进行了一系列实验研究。实验结果表明，碳的气化率可达90.5％～95.0%，原煤中硫转化为气体产物的转化率可达94.3％～96.7%，混合气中(CO+H2)的浓度为84.7％～85.7%。利用运动、传热和煤粉颗粒分散气化建立了数学模型，数值模拟了具有内热源（电弧）反应器中煤粉的等离子体气化过程。煤粉流与电弧以及气化剂相互作用的动力学和气流运动用共轭非线性偏微分方程系统描述，模拟初始条件与实验初始条件完全一致。模拟计算结果与实验测量结果符合较好。该数学模型可用于确定煤粉等离子气化过程中等离子体气化器的几何尺寸以及反应物在气化器中的停留时间等参数。国内煤的等离子体气化研究主要是在太原理工大学教育部与山西省煤科学与技术重点实验室进行，该实验室建有目前国内唯一的煤等离子体气化试验装置，并已进行了大量的基础研究工作。杨巨生等

[16]

介绍了煤等离子气化的工艺过程及煤等离子气化

反应器装置的结构形式，建立了等离子体反应器的

热流场计算流体力学模型，将模型应用于单入口、双入口及带保护气的双入口等离子反应器模拟，采用不完全乔勒斯基共轭梯度法对热流体耦合场进行求解。结果表明，采用双入口结构，可提高反应器负荷，在等离子反应器的等离子入口周边设置保护气可降低壁面结焦，当保护气的入口流速为70m/s时，效果较好。申曙光等[17]讨论了在水蒸气参与下的空气等离子体煤气化过程，结果发现：等离子发生器功率的增加，可以大幅度地提高煤气中H2、CO含量，降低CO2含量，同时也可大幅度地提高碳转化率。在保证进入反应器的煤粒有一定动量的前提下尽量减少空气量；水蒸气输入量适量增加有利于H2含量增加，过量的水蒸气将使碳转化率下降；加大反应器的煤处理量会带来碳转化率的降低；适当条件下煤的转化率可＞95%，气相产物中没有检测到甲烷，同时没有发现液相产物。申曙光[18]等对热等离子体裂解煤制乙炔、富勒烯、碳纳米管和炭黑以及热等离子体煤气化制合成气的原理、研究现状、存在的主要问题及发展前景进行了总述，指出热等离子煤转化是一种高效、洁净的技术，在煤化工等领域具有巨大的应用和发展空间，尤其是热等离子体裂解煤制乙炔联产氢与纳米碳材料工艺，值得重视和开发。

3煤气化特性研究展望

常规煤气化工艺主要有固定床气化、流化床气化、气流床气化3种方式，共同特点是气化反应过程所需能量主要由煤炭部分燃烧产生能量来提供和维持，从而导致气化反应速度较慢，反应过程不易控制，反应装置庞大复杂。

利用直流电弧炉中产生的高温直流电弧实现煤炭的气化工艺，是一种新型煤气化工艺，目前尚未见有相关文献提及。直流电弧煤气化工艺以高温直流电弧产生的热量供给煤炭气化工程所需能量，以经过简单破碎的块煤作为气化原料（粒度＜10mm），具有反应温度高，反应速率快，反应过程容易控制等特点，从而有可能实现煤炭大规模高效洁净气化。目前关于煤在直流电弧炉中气化反应机理的基础性研究还比较缺乏，相关文献报道未见有发表，气化过程中电弧炉的温度场和气化产物浓度场分布以及反应速度和反应产物等基础数据都很缺乏，值得深入系统研究。

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ofCoalinaPilotPlantPressurizedSpout-fluidBedReactor[J].Fuel，2007，86(10-11)： …… 此处隐藏：3525字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……