第43卷第12期中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.43 No.122012年 12月.Journal of Central South University (Science and Technology)Dec.2012干煤粉分級氣流床的氣化特性曹小玲'，皮正仁'，彭好義”，蔣紹堅(jiān)(1. 長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖南長沙，410076;2.中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙，410083)摘要:針對根據(jù)無焰氧化技術(shù)設(shè)計(jì)的分級氣流床氣化爐，運(yùn)用試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算的方法對F煤粉在爐內(nèi)的氣化過程進(jìn)行研究，分析不同進(jìn)料方式及氧碳摩爾比對合成氣中Co, H2 和CO2體積分?jǐn)?shù)、合成氣熱及碳轉(zhuǎn)化率的影響。研究結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合:相同進(jìn)料方式F隨著氧碳摩爾比的增大，合成氣中co和H2體積分?jǐn)?shù)、合成氣熱先增大后減小，而CO2體積分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率-直上升;相對于另外2種進(jìn)料方式，三層噴嘴進(jìn)料方式能使?fàn)t內(nèi)溫度場更均勻，平均溫度提高，氣化強(qiáng)度增加，由此表明氣化爐結(jié)構(gòu)和進(jìn)料方式使?fàn)t內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于無焰氧化技術(shù)煤粉空間氣化反應(yīng)的基本特征:同時(shí)，氧碳摩爾比最佳范圍為1.0-1.1。關(guān)鍵詞:無焰氧化;分級氣流床氣化爐;干煤粉:氣化特性中圖分類號: TK224文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A .文章編號: 1672-7207(2012)12- 4923- 05Gasification characteristics of dry pulverized coal instaged entrained flow gasifierCAO Xiao-ling', PI Zheng ren', PENG Hao-yit, JIANG Shao-jian2(1. School of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China;2. School of Energy Science and Engrneering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: Experimental research and numerical simulation of staged entained-low gasifier for dry pulverized coalwhich was proposed based on flameless oxidtion technology were conducted. The infuence of changing mole ratio ofOto c and feeding condition on syngas components concentration of Co, H2 and CO2, calorific value of syngas, carbonconversion was analyzed. Results indicate that the simulations results are basically in agreement with the experimentallymeasured results. With the increase of mole ratio ofO to C, syngas components concentration of CO and H2, and calorificvalue of syngas increase frstly, then decrease, and components concentation of CO2 and carbonconversion ratioincrease continuously. The feeding condition of symmetrically staged feding nozzles on three layers can promote thetemperature field in the gasifier to be more even, the average temperature of gasifier increases, and the gasifcaionintensity can be boost up, which shows the structure and feeding way of the gasfier can realize gasification reaction ofpulverized coal with flameless oxidant characteristic. Moreover, the optimal range of mole ratio ofO to C is fom 1.0 tol.1.Key words: flameless oxidation; staged entrained- flow gasifier, dry pulverized coal; gasification characteritics煤氣化技術(shù)作為潔凈煤技術(shù)的重要研究方向之同時(shí)極大地改觀對環(huán)境的污染狀況1-21。氣流床氣化技一，是減少環(huán)境污染、節(jié)約能源的重要途徑，我國適術(shù)具有煤種與粒度適應(yīng)性廣、碳轉(zhuǎn)化率高、單爐容量合于氣化的煤炭資源非常豐富，占全國煤炭總儲量的大、變負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是今后煤氣化技術(shù)發(fā)展的70%左右，通過煤炭氣化可有效地提高熱能利用效率，方向之一_BI。 根據(jù)無焰氧化技術(shù)的形成機(jī)理及實(shí)現(xiàn)條收稿日期: 2012 02 22:修回日期: 2012-06- 08基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51276023);湖南省高校創(chuàng)新平臺基金資助項(xiàng)目(09K069);湖南省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目(011GK3111)通信作者:彭好義(1974-), 男， 湖南邵陽人，博士，副教授，從事燃料燃燒與氣化研究:電話: 13107488345; E-mail; pengay@csu edu.cn4924中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第43卷件14-5)，本文作者自行設(shè)計(jì)了一種新型干煤粉分級氣流5~80 um之間，顆粒直徑大于80 μm的占10 %左右。床氣化爐，并搭建一套粉煤氣化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 在對現(xiàn)有氣化爐氣化特征進(jìn)行分(681的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)不同進(jìn)料方式，氣化劑B代運(yùn)用試驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算19相結(jié)合的方法來考察不同2氧碳摩爾比時(shí)爐內(nèi)干煤粉的氣化特性，探索實(shí)現(xiàn)具有無2A煤整煤粉焰氧化特征的高效粉煤氣化反應(yīng)的最佳運(yùn)行參數(shù)。c廠門E1分級 氣流床結(jié)構(gòu)及煤粉特性A-A截面1.1 分級氣流床結(jié)構(gòu)及爐內(nèi)煤粉氣化過程簡述分級氣流床氣化爐采用立式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。體內(nèi)徑480 mm,上部氣化室高875 mm,下端收縮部分高125mm,下口直徑160mm,該氣化爐共布置的C-C截面、E-E截面3層噴嘴，分別位于A-A，C-C和E E截面上,每層:圖1分級氣流床結(jié)構(gòu)示意圖包括2個(gè)對置布置的徑向煤粉噴嘴和2個(gè)平行于煤粉噴嘴且等距離偏置的錯位切向氣化劑噴嘴，為保證爐Fig,1 Structure profile of staged entrained-flow gasifier膛內(nèi)流場分布均勻，中層噴嘴、下層噴嘴 與上層噴嘴成錯向90°布置。此布置方式將煤粉和氣化劑噴嘴置表1煤的工業(yè)分析與元素分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))于爐體上部同一高度水平面上，煤粉由一定速度的載lable 1 Coal industrial and elemental analysis %工業(yè)分析氣經(jīng)2個(gè)徑向噴嘴送入爐內(nèi)，而氣化劑則從2個(gè)切向噴嘴高速噴入爐內(nèi)。噴入爐內(nèi)的2股氣化劑形成高速FCarVaAarMar旋轉(zhuǎn)氣流，沖散煤粉，并攜帶卷吸與其發(fā)生氣化反應(yīng)，51.5913.3933.651.37其在進(jìn)料水平截面分成的3個(gè)作用區(qū)，包括旋轉(zhuǎn)卷吸元素分析區(qū)1、氣化反應(yīng)區(qū)2和對撞區(qū)3,如圖1中A-A截面.aHarNuSar所示。氣化劑從B點(diǎn)高速切向噴入爐內(nèi)，迅速卷吸氣53.4202.8186.1520.9001.691化反應(yīng)2產(chǎn)生的高溫反應(yīng)氣體，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)卷吸區(qū)1后注:低位發(fā)熱量為20 935.7 kJ/kg。氣化劑中的氧濃度降低,在到達(dá)C點(diǎn)時(shí)形成了局部低氧氣氛，同時(shí)由于其混合了高溫的反應(yīng)氣體和高溫爐2試驗(yàn)研究壁的熱輻射作用，其溫度急劇上升到煤粉著火點(diǎn)以上:在C點(diǎn)，煤粉徑向噴入高速旋轉(zhuǎn)的氣化劑氣流中，在氣化劑射流的驅(qū)動下呈散射狀向下游迅速擴(kuò)散，并與2.1干煤粉實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)高溫低氧的氣化劑物流充分接觸，迅速升溫，溫度升干煤粉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。采用液化石油氣預(yù)高導(dǎo)致在煤粉顆粒表面逸出大量的揮發(fā)分，該揮發(fā)分熱及啟動煤粉燃燒，螺旋輸粉機(jī)輸送煤粉，熱電偶測一旦與旋轉(zhuǎn)氣流中的高溫氧氣分子接觸，立即發(fā)生氣量爐內(nèi)的溫度，氣化劑采用空氣，并用總管渦街流量化反應(yīng)，生成Co, CO2 和焦炭等，并放出大量反應(yīng)計(jì)測量其總流量，各分氣化管配備一個(gè)玻璃轉(zhuǎn)子流量熱，從而在其下游形成氣化反應(yīng)區(qū)2;從D點(diǎn)和A點(diǎn)計(jì)，用于調(diào)節(jié)各分氣管的流量。高溫合成氣和灰渣采噴入的氣化劑和煤粉又重復(fù)以上過程:兩股中心對置的用自來水激冷。煤粉氣流采用撞擊式噴入，在進(jìn)料平面的中心形成撞擊2.2 試驗(yàn)過程區(qū)域，這種方式旨在加強(qiáng)混合，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞0-1。(1)打開冷卻水閥門，噴水至冷渣槽內(nèi)液面封住1.2 煤粉特性排渣口，啟動引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)，打開氣化劑總管道閥實(shí)驗(yàn)所需的煤粉采用空氣輸送，為了保證氣化所門]， 調(diào)節(jié)各氣化劑分管道閥門開度，然后將液化石油需的溫度,給煤量30 kg/h,煤種灰渣流動溫度t> 1 410氣燃燒器點(diǎn)火后插入直徑比燃燒噴嘴稍大的圓形燃燒C，使用的煤種其工業(yè)分析和元素分析見表1。在煤器插孔中，對爐膛進(jìn)行升溫預(yù)熱，調(diào)節(jié)排煙管道閥門粉顆粒粒徑分布上，90%左右的煤粉顆粒直徑介于開度，以保證爐膛內(nèi)的升溫速率，當(dāng)爐膛內(nèi)靠近爐壁第12期曹小玲，等:干煤粉分級氣流床的氣化特性492533日182二]合成氣(116煤粉氣粉混合物空氣立1s液化呻814石油氣813i冷渣槽瑟冷卻水↓灰渣1-電機(jī): 2-煤粉倉: 3- -螺旋輸粉機(jī): 4- 載氣管道閥門; 5一氣粉混合物渦街流量計(jì): 6- 鼓風(fēng)機(jī):7--氣化劑管道閥門: 8一氣化劑總管渦街流量計(jì): 9- 氣化劑分管玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì): 10- -氣化爐:11-熱電偶測溫孔: 12- 液化氣罐: 13- 閥門: 14-減壓閥: 15- 液化氣渦街流量計(jì): 16 -合成氣管道閥門;17-引風(fēng)機(jī); 18- 熱線風(fēng)速儀: 19- 取樣袋: 20-25- 氣化劑分管道: 26~31- 輸粉分管道:32- -冷卻水閥門: 33- 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)平臺圖2測量系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement system處溫度達(dá)到1 000 C時(shí)，預(yù)熱完成:應(yīng)流動過程，包括了爐內(nèi)流體的流動過程、傳熱和傳(2)打開載氣總管道閥門，啟動螺旋給粉機(jī)，調(diào)質(zhì)過程、組分間的化學(xué)反應(yīng)過程以及它們之間的相互節(jié)各輸粉分管道閥門開度和螺旋給粉機(jī)電機(jī)頻率，使耦合作用。由于煤粉氣化過程可以看作是煤粉貧氧燃空氣以一定的速度將煤粉送入爐內(nèi):同時(shí)調(diào)節(jié)到各氣燒反應(yīng)過程，所以氣化過程也可以分為湍流流動過程、化劑閥門的開度來調(diào)節(jié)氣化劑流量，此時(shí)爐內(nèi)煤粉完顆粒運(yùn)動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分的析出與氧氣全燃燒，爐內(nèi)溫度迅速升高:反應(yīng)過程、焦炭與氧氣異相反應(yīng)過程等。氣化爐爐內(nèi)(3)當(dāng)爐溫升高到預(yù)定溫度后，調(diào)節(jié)指定工況下流體處于充分發(fā)展的湍流狀態(tài)，屬于典型的湍流受限相應(yīng)的給粉管道閥門和氣化劑管道閥門開度，待工況.射流過程，使用Realizable k-e模型模擬滿流氣相流穩(wěn)定后，開始實(shí)驗(yàn)，調(diào)整插入各層測溫孔內(nèi)熱電偶的動2;采用拉格朗日離散相模型模擬爐內(nèi)復(fù)雜的氣固深度，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動采集各測點(diǎn)的溫度值，兩相流運(yùn)動，采用隨機(jī)軌道模型來跟蹤煤粉顆粒的運(yùn)通過取樣袋收集合成氣,使用1903型奧氏氣體分析儀動軌跡并同時(shí)考慮湍流脈動對焦炭運(yùn)動的影響，采用分析氣體成分，并使用熱線風(fēng)速儀測定合成氣管道中Rosin-rammler 分布來描述固相顆粒分布特征;采用較氣體流速;為簡單的PI模型計(jì)算爐內(nèi)輻射傳熱:采用非預(yù)混模(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，首先停止給煤，待爐膛溫度降到型中的平衡混合分?jǐn)?shù)/PDF模型模擬氣相湍流燃燒"3,200 C以下后關(guān)停鼓風(fēng)機(jī)，然后關(guān)閉引風(fēng)機(jī)，最后關(guān)簡化PDF模型采用β函數(shù)分布:采用兩步競爭反應(yīng)速冷卻水閥門，完成停爐操作。率模型模擬煤粉揮發(fā)分的析出，采用動力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型模擬焦炭顆粒表面燃燒4-15]。3.2網(wǎng)格劃分、 邊界條件及計(jì)算方法3數(shù)值模擬研究在爐體上半部分，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故采用非結(jié)構(gòu)化適用性四面體網(wǎng)格對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分并對噴嘴部3.1數(shù)學(xué)模型分進(jìn)行加密:下半部分， 采用以結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為主的六面煤粉氣化反應(yīng)過程是-一個(gè)具有化學(xué)反應(yīng)的湍流反體網(wǎng)格，采用約40萬網(wǎng)格數(shù)對爐體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。入4926中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第43卷口邊界選用質(zhì)量流量入口，并指定湍流強(qiáng)度和水力直溫度相對偏低，造成氣化反應(yīng)速率相對緩慢，使得氣徑;出口邊界選擇自由出口流;采用無滑移壁面，固化反應(yīng)進(jìn)行得不夠徹底，并導(dǎo)致合成氣中Co, H2和定外壁溫度，計(jì)算收斂后根據(jù)爐內(nèi)溫度對其進(jìn)行修正。CO2的體積分?jǐn)?shù)均較低，而N2的體積分?jǐn)?shù)較高，碳轉(zhuǎn)為了防止偽擴(kuò)散，采用QUICK格式對方程進(jìn)行化率較低，合成氣熱較低;但隨著氧碳摩爾比逐漸增離散，并采用SIMPLEC算法進(jìn)行求解。迭代計(jì)算中，大，氣化爐爐內(nèi)氧化氣氛增強(qiáng)，碳的燃燒反應(yīng)放出熱壓力、動量松弛因子取0.3,離散顆粒源相松弛因子取量所占的比例增加，氣化溫度升高，而氣化溫度的升0.5，其余松弛因子取0.8和0.9,每迭代30步后控制高進(jìn)一步加速了CO2的還原反應(yīng)，使合成氣中Co,方程進(jìn)行- -次顆粒軌道計(jì)算以修正計(jì)算結(jié)果，每次離H2和CO2的體積分?jǐn)?shù)相應(yīng)上升，而N2體積分?jǐn)?shù)降低，散相計(jì)算追蹤1 800 條顆粒軌跡。計(jì)算收斂判據(jù)是控碳轉(zhuǎn)化率提高，合成氣熱提高，但隨著氧碳摩爾比的制方程殘差控制(能量方程和P1輻射模型迭代計(jì)算的繼續(xù)增大，CO和H2體積分?jǐn)?shù)則呈緩慢下降趨勢，這余量小于1X10*， 其余方程迭代計(jì)算的余量小于是因?yàn)檠鯕膺^量，爐內(nèi)還原氣氛減弱，過量的氧氣與1X103)。合成氣中的CO和H2發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，使合成氣中CO及H2的體積分?jǐn)?shù)降低，合成氣熱下降，而CO2體積分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率卻繼續(xù)上升，由表2可以看出最佳4結(jié)果分析氧碳摩爾比為1.0~1.1。從單層噴嘴進(jìn)料工況到3層噴嘴進(jìn)料工況，相同4.1不同進(jìn)料方 式及氧碳摩爾比時(shí)氣化爐運(yùn)行特性氧碳摩爾比時(shí)，CO和H2的體積分?jǐn)?shù)也逐漸升高，這不同進(jìn)料方式及氧碳摩爾比時(shí)，干煤粉在此氣化是因?yàn)閺膯螌与p噴嘴增加到3層六噴嘴時(shí)，爐內(nèi)旋流爐上的氣化特性試驗(yàn)測得結(jié)果和模擬計(jì)算結(jié)果如表2強(qiáng)度增大，溫度分布越來越均勻,溫度梯度逐漸減小，所示。從表2可以看出:隨著氧碳摩爾比的升高，同整體溫度水平升高，氣化效率增加。種進(jìn)料工況下合成氣中CO和H2體積分?jǐn)?shù)、合成氣熱從試驗(yàn)結(jié)果與對應(yīng)工況下的模擬計(jì)算結(jié)果對比可均呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，而CO2體積分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)以看出:出口處的CO和H2的實(shí)測值要稍低于模擬計(jì)化率穩(wěn)步上升。這是因?yàn)楫?dāng)氧碳摩爾比較小時(shí)，爐內(nèi)算值，CO2 則基本相同，這是因?yàn)樵囼?yàn)過程爐壁有散表2不同進(jìn)料方式及氧碳摩爾比時(shí)氣化爐的運(yùn)行特性Table 2 Operational characteristics of gasifer in dferent mole ratios of 0 to C and feeding conditions試驗(yàn)結(jié)果模擬結(jié)果進(jìn)料氧碳合成氣成分碳轉(zhuǎn)化率/煤氣熱/碳轉(zhuǎn)化率/煤氣熱/方式摩爾比 Q(CO) q(H2)V q(CO2)o(CO)/ q(H2)/ q(CO2)V%(kJ-m~3)(kJ-m3)0.818.6.9.772.92 59192.6.973.42 734單層0.919.52.58.283.62 78521.78.884.13114噴嘴1.023.39.088.6341925.25.10.388.93838進(jìn)料1.191.2333I24.84.410.91.33 698221.53.212.793.9291323.73.12.594.23 49519.82.26.378.121.06.578.73 0002層.20.4.084.02 96322.58.33292噴嘴.22.85.190.33 53424.30.190.83814.192.7362225.95.210.592.93 939.222.612.494.93 25424.14.11.936120.55.982.0291221.92.8.382.83 1273層0921.387.93 1794.7.588.3 54724.75.67.792.83 83925.66.8.641183 74926.710.795.14 2024.512.095.73 63425.15..11.695.3 851第12期曹小玲，等:干煤粉分級氣流床的氣化特性4927速度/(ms):速度/(m's-1);(a)(b)1.28X1011.22X 10!1.15x1011.15X10!1.09Xx 1011.09x 10!1.03X 1011.03X10!9.61X1008.97X 1008.97x1008.33x 1008.33X107.69x 1007.69X 1007.05X 1006.41X1005.77X 1005.13X 1004.49x 1004.49X 1093.85X 1003.85X 10"320X 103.20X 10"420X 1006.41X10-1z一-X6.41x10-1z- +X速度/(ms5):速度(m's1):1.28x 10!(c1.28X 10!()1.22X 101.22X 1011.15X101.15X 10!.1.09X 10!1.09x 1011.03X 101.03X101 .9.61X 108.97x 108.97x100 .8.33X1006.41X 10-1(a)豎直截面: (b)A -A截面; (c)C-C 截面; (d)E-E 截面圖3爐內(nèi)速度分布云 圖Fig.3 Velocity distribution in gasifier熱作用。但總的來看，模擬計(jì)算值與試驗(yàn)測量值基本小，爐膛中心區(qū)域的切向速度則逐漸增大，速度梯度吻合。也逐漸減小。在爐膛軸向方向上，靠近爐壁附近氣流4.2 典型工況下各參數(shù)的分布特性速度從上至下逐漸減小，其中進(jìn)料水平面上速度最大，根據(jù)以上結(jié)果，取典型工況為3層噴嘴進(jìn)料，氧而爐膛中心區(qū)域附近氣流速度從上至下逐漸變大，在碳原子比為1.1,煤粉由空氣攜帶煤粉進(jìn)入爐內(nèi)，每1.合成氣出口時(shí)軸向速度達(dá)到最大。kg空氣攜帶1 kg煤粉，3層進(jìn)料方式完全相同，3級4.2.2氣化爐 內(nèi)溫度場分布特性供料質(zhì)量比為1:1:1.氣化爐的溫度場分布均勻程度是實(shí)現(xiàn)具有無焰氧4.2.1氣化爐 流場的分布特性化技術(shù)煤粉空間氣化的關(guān)鍵，如果溫度過低會導(dǎo)致碳?xì)饣癄t爐內(nèi)的流動狀態(tài)是氣化反應(yīng)優(yōu)劣的關(guān)鍵因轉(zhuǎn)化率過低，氣化效率不高，而局部溫度過高會影響素。圖3所示為爐內(nèi)截面的速度分布云圖。由圖3可氣化爐的使用壽命，影響氣化爐的安全運(yùn)行。以看出:爐內(nèi)存在強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)流動氣流，在爐膛徑向方圖4所示為爐內(nèi)截面溫度分布云圖。由圖4可以向上，越往爐膛中心區(qū)域靠近，切向速度越小，在爐看出:在進(jìn)料平面上，氣化劑噴嘴由切向高速噴入，膛中心切向速度達(dá)到最小，其中，進(jìn)料水平面上速度在噴入空間附近強(qiáng)烈卷吸上游的煤粉，煤粉顆粒迅速梯度最大，但隨著物料的下行，氣流旋轉(zhuǎn)有所速度減被煙氣加熱，揮發(fā)分快速析出并燃燒，從而引起強(qiáng)烈4928中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第43卷溫度/K:a)2.10X 103(b)2.01X 102.01X 1031.92X 1031 92X 101.83X 1031. 83X 101.74X 1031.65X 103.1.65X 1031.56X 103I .56X 101.47X 1031.38X 103.1.38X 1031.29X 1031.20X 1031.11X 1031.02X 1031.02X 109.29X 1028.39X 1027.49X 1027 49x 1026.60X1026.60X 1025.70X102 .5.70X 1024.80X1024.80X 1023.90X 103.90X102 z- →x3.00X102 z-→X3.00X 1022.10X 10c)2.10x1011 92X 1031 ,83X 1031 83Xx 103I 74X 1031.65X10，1.56X 1031.38X 10l.02X 103.29X 105.70x 1024.80x102 z-→x4.80x102 z←x3.90X1023.90X 102(日)豎直面: (b)A A截面: (c)C-C 截面: (d)E-E 截面圖4爐內(nèi)溫度分布云圖Fig.4 Temperature ditribution in gasifier的旋流氧化反應(yīng)，使該區(qū)域的溫度較高，在2 000 K度水平增加，氣化強(qiáng)度增強(qiáng)，碳轉(zhuǎn)化率提高，能夠?qū)嵶笥?同時(shí)，由于攜帶煤粉的空氣量較少，在未達(dá)到現(xiàn)干煤粉氣化反應(yīng)的空間化，到達(dá)氣化爐設(shè)計(jì)的初始爐膛中心區(qū)域前已耗盡，而沿切向噴嘴噴入的空氣也目的。來不及旋至爐膛中心周圍空間，使該區(qū)域氧氣濃度較4.2.3氣化爐內(nèi)組分濃度 場分布特性低，氧化反應(yīng)較弱，還原反應(yīng)較強(qiáng)烈，由于還原反應(yīng)氣化爐爐內(nèi)豎直截面及出口處各組分濃度分布直吸熱，導(dǎo)致該區(qū)域溫度較低，在1 300 K左右，如圖接關(guān)系到氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化工況的優(yōu)劣。本氣化爐在4(b)-(d)所示。在爐膛軸向方向上，可以看出，爐內(nèi)溫氣化工藝參數(shù)氧碳摩爾比為1.1 情況下，爐內(nèi)豎直截度場非常均勻，除了爐壁周圍局部空間外在2000 K面上組分CO,CO2和H2和O2的體積分?jǐn)?shù)分布如圖左右，其余區(qū)域的溫度基本維持在1300 K左右，說5所示，爐膛出口截面處的CO和H2摩爾分?jǐn)?shù)分別明該爐型結(jié)構(gòu)能使煤粉氣化過程空間化，同時(shí)，爐內(nèi)達(dá)到0.267和0.065,合成氣中有效氣體組分摩爾分?jǐn)?shù)溫度梯度減小，溫度峰值明顯減小，大大減少了高溫達(dá)到0.332，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。噴射火焰和局部超高溫區(qū)域的出現(xiàn)，提高了氣化爐的從圖5可以看出:在煤粉進(jìn)料口壁面附近，由于使用壽命:另外，物料分布趨于空間化，爐內(nèi)平均溫從切向氣化劑噴嘴噴來的空氣溫度較低且來不及與煤第12期曹小玲，等:干煤粉分級氣流床的氣化特性4929口(CO)%:0(CO2)%:3.29X 10-1(a)1.80x1013.13X 10~11.71X1012.96X 10-11.62X 1012.80X 10~!2.63X 10-11.44X10~12.47X 10~12.14X 10-11.98X10-1.81X 10-18.08X 10-27.18X 10-21.15 》6.28X 10-29.88)5.39X 10~28.23X 10-24.49X 10~26.58X10-23.59X102 z4.94x102個(gè)2.69X 1021.80Xx102 yL1.65X10-2一28.98X 10-2o(H2)%:0(O2)/%:(C)d)9.44X 10~-2.00x 10-18 50X 10-21.89X 10~!8.03X 10-21.79X 10~!7.55X 10-2.1 .68X 10-17.08X102158x10-16.61X 10-11.47X 10 !6.14X 10~21.37X 1011.26X 1015.19X 10-21.16X10-11.05X10~↑4.72x 109.45X 10-23.78X 10-28.40X10-23.31x 10-2.7-35X 102.83X 10-22X 102.36X1021.898 10044x944X10-r以 -21.05X102 r- -X(a)CO: (6b)CO2: (c)H2; (d)O2圖5爐內(nèi)各組分體積分?jǐn)?shù)分布云圖Fig.5 Ditribution of species volume faction in gasifer粉混合，此處沒有發(fā)生燃燒反應(yīng)，所以O(shè)2體積分?jǐn)?shù)較高，隨后，煙氣卷吸空氣使其溫度迅速上升，煤粉揮5結(jié)論發(fā)分析出并燃燒，CO2 體積分?jǐn)?shù)迅速提升，而此區(qū)域由于O2過量，co和H2體積分?jǐn)?shù)較低:在爐膛中心(1)同種進(jìn)料工況下，隨著氧碳摩爾比的增加，.附近的大部分空間，由于O2體積分?jǐn)?shù)相對于較低，屬合成氣中co和H2體積分?jǐn)?shù)、合成氣熱均呈現(xiàn)先上升于還原反應(yīng)區(qū)域，殘?zhí)颗cCO2反應(yīng)生成CO, CO再與后降低的趨勢，而CO2體積分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率穩(wěn)步上升。水蒸氣反應(yīng)生成H2及CO2,此區(qū)域各組分體積分?jǐn)?shù)與(2)當(dāng)氧碳摩爾比相同時(shí)，從單層噴嘴進(jìn)料工況前者相反，CO2體積分?jǐn)?shù)較低，CO和H2體積分?jǐn)?shù)較到三層噴嘴進(jìn)料工況，CO及H2的體積分?jǐn)?shù)、合成氣高:下爐膛爐壁周圍空間是焦炭的燃燒反應(yīng)區(qū)域，脫熱及碳轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)升高的趨勢。去揮發(fā)分的殘?zhí)款w粒，- -方面與殘余的氧反應(yīng)生成CO(3)該氣化爐三層進(jìn)料方式能夠使?fàn)t內(nèi)溫度場更及CO2，另一方面殘余O2又與CO和H2反應(yīng)，放出均勻，溫度峰值減小，爐內(nèi)溫度梯度顯著降低，平均大量的熱量，導(dǎo)致此區(qū)域溫度較高，Co和H2體積分溫度水平上升，氣化強(qiáng)度增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了基于無焰數(shù)有所下降，CO2體積分?jǐn)?shù)則有所上升。氧化技術(shù)煤氣化反應(yīng)的基本特征，大大避免了高溫火4930中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第43卷焰和局部超高溫區(qū)的出現(xiàn),延長了氣化爐的使用壽命。TANG Zhiguo, TANG Chao-jun, MA Pei-yong, et al. 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