处理煤量对灰熔聚流化床煤气化特性影响

2016-10-18武小芳,张立峰,赵志英

中国科技信息 2016年18期

关键词：煤量气化炉流化床

处理煤量对灰熔聚流化床煤气化特性影响

本文利用添加用户自定义化学反应模块的商用CFD软件FLUENT模拟了灰熔聚气化炉的煤气化过程。找出了处理煤量对灰熔聚气化炉气化特性（炉内温度、碳转化率以及煤气组成成分）的影响，希望为现场的稳定经济运行提供理论指导。

具有特殊气体分布结构的灰熔聚流化床气化炉，解决传统流化床排渣含碳量高的问题。前面，笔者已经做了大量的研究，并且已经做过中心管进氧量对汽特性的影响，本文用同样的方法研究处理煤量对气化特性的影响。

计算结果及分析

处理煤量对灰熔聚气化炉内温度的影响

图1　处理煤量对气化炉内床高方向上温度的影响

图2　处理煤量对气化炉内床高方向上碳转化率的影响

前文提到：在射流区域内，主要发生的是煤粉的燃烧反应，它能释放热量从而维护炉内气化温度，为整个气化过程提供能量。由于中心管进氧量固定，所以燃烧反应提供的热量是固定的，由图1可知：随着处理煤量的增加，炉内的整体温度降低，分析认为，主要是炉内的周边环形区冷煤粉的增加，降低了周边环形区的温度，增强了该区域和中心射流区的热对流以及热辐射，进而降低了射流区的温度。另外，由于中心管进氧量固定，所以炉内煤的燃烧量一定，处理煤量的增加，使得气化量相应增加，气化反应的吸热量也随着增加，这也是导致炉内温度降低的一个重要原因。

从图1还可以看出：当处理煤量是 5.6t/h时，温度随床高的增加降低地较为平缓，分析认为：这个工况下，处理煤量较少，气化的煤量就少，吸热量也较少；而当处理煤量是9.3t/h时，温度随床高的增加降低地相对较陡，原因是处理煤量相对增加，气化的煤量也相对增加，气化过程的吸热量增加所致。

图3　处理煤量为5.6t/h，炉内沿床高方向的产气组成

图4　处理煤量为7.1t/h，炉内沿床高方向的产气组成

图5　处理煤量为9.3t/h，炉内沿床高方向的产气组成

处理煤量对碳转化率的影响

由图2可以看出，随着灰熔聚气化炉内处理煤量的增加，碳转化率却在降低，当处理煤量为5.6t/h时，碳转化率为98%。分析认为这时的煤粉燃烧份额占的较大，由图2可以知道：炉内的温度较高，有利于气化反应的进行，所以碳几乎全部反应。但是当处理煤量为9.3t/h时，物料中碳的转化率较低，仅为76.3%。原因是处理煤量太高，一部分物料不能积极参与气化反应，气化效率低。所以，实际的工业操作中，应严格控制煤的处理量。

处理煤量对煤气组成成分的影响

将上述3幅图对比可以看出：随着处理煤量的增加，H2、H2O的摩尔分数变化非常显著。随着处理煤量的增加，H2O的含量降低，摩尔分数分别为46.3%、42.6%、40%；而H2的含量逐渐增加，摩尔分数分别为15%、17.6%、20.3%。分析认为：随处理煤量的增加，反应（C+H2O↔CO+H2）更加剧烈，从而造成H2O的消耗以及H2摩尔分数的增加。CO摩尔分数15%、16.5%、16.7%，CO的含量变化很小，分析认为：反应（C+CO2↔2CO）增加了CO的摩尔分数，但是反应（CO+H2O↔CO2+H2）又消耗了部分CO，因此，CO的含量几乎没有变化。

气化炉出口，有效气体H2的含量变化较大，摩尔分数分别为25.4%、32.2%、34%。所以，随着处理煤量的增加，有效气体H2摩尔分数是增加的。但是CO的摩尔分数基本没有变化，分别为21.2%、22.7%、23.4%。

综上所述：处理煤量的增加会造成高温射流区温度的降低，从而造成碳转化率、炉内温度以及有效气体产气组成的显著变化，有效气体 H2的含量变化尤为显著。所以，处理煤量的变化会影响灰熔聚流化床气化炉的安全稳定运行，实际工业操作中，应避免煤处理量太大造成的灰熔聚流化床气化炉不能稳定运行。