處理煤量對灰熔聚流化床煤氣化特性影響

處理煤量對灰熔聚流化床煤氣化特性影響

本文利用添加用戶自定義化學反應模塊的商用CFD軟件FLUENT模擬了灰熔聚氣化爐的煤氣化過程。找出了處理煤量對灰熔聚氣化爐氣化特性（爐內溫度、碳轉化率以及煤氣組成成分）的影響，希望為現場的穩定經濟運行提供理論指導。

具有特殊氣體分布結構的灰熔聚流化床氣化爐，解決傳統流化床排渣含碳量高的問題 。前面，筆者已經做了大量的研究 ，并且已經做過中心管進氧量對汽特性的影響 ，本文用同樣的方法研究處理煤量對氣化特性的影響。

計算結果及分析

處理煤量對灰熔聚氣化爐內溫度的影響

圖1　處理煤量對氣化爐內床高方向上溫度的影響

圖2　處理煤量對氣化爐內床高方向上碳轉化率的影響

前文提到：在射流區域內，主要發生的是煤粉的燃燒反應，它能釋放熱量從而維護爐內氣化溫度，為整個氣化過程提供能量。由于中心管進氧量固定，所以燃燒反應提供的熱量是固定的，由圖1可知：隨著處理煤量的增加，爐內的整體溫度降低，分析認為，主要是爐內的周邊環形區冷煤粉的增加，降低了周邊環形區的溫度，增強了該區域和中心射流區的熱對流以及熱輻射，進而降低了射流區的溫度。另外，由于中心管進氧量固定，所以爐內煤的燃燒量一定，處理煤量的增加，使得氣化量相應增加，氣化反應的吸熱量也隨著增加，這也是導致爐內溫度降低的一個重要原因。

從圖1還可以看出：當處理煤量是 5.6t/h時，溫度隨床高的增加降低地較為平緩，分析認為：這個工況下，處理煤量較少，氣化的煤量就少，吸熱量也較少；而當處理煤量是9.3t/h時，溫度隨床高的增加降低地相對較陡，原因是處理煤量相對增加，氣化的煤量也相對增加，氣化過程的吸熱量增加所致。

圖3　處理煤量為5.6t/h，爐內沿床高方向的產氣組成

圖4　處理煤量為7.1t/h，爐內沿床高方向的產氣組成

圖5　處理煤量為9.3t/h，爐內沿床高方向的產氣組成

處理煤量對碳轉化率的影響

由圖2可以看出，隨著灰熔聚氣化爐內處理煤量的增加，碳轉化率卻在降低，當處理煤量為5.6t/h時，碳轉化率為98%。分析認為這時的煤粉燃燒份額占的較大，由圖2可以知道：爐內的溫度較高，有利于氣化反應的進行，所以碳幾乎全部反應。但是當處理煤量為9.3t/h時，物料中碳的轉化率較低，僅為76.3%。原因是處理煤量太高，一部分物料不能積極參與氣化反應，氣化效率低。所以，實際的工業操作中，應嚴格控制煤的處理量。

處理煤量對煤氣組成成分的影響

將上述3幅圖對比可以看出 ：隨著處理煤量的增加，H2、H2O的摩爾分數變化非常顯著。隨著處理煤量的增加，H2O的含量降低，摩爾分數分別為46.3%、42.6%、40%；而H2的含量逐漸增加，摩爾分數分別為15%、17.6%、20.3%。分析認為：隨處理煤量的增加，反應（C+H2O?CO+H2）更加劇烈，從而造成H2O的消耗以及H2摩爾分數的增加。CO摩爾分數15%、16.5%、16.7%，CO的含量變化很小，分析認為：反應（C+CO2?2CO）增加了CO的摩爾分數，但是反應（CO+H2O?CO2+H2）又消耗了部分CO，因此，CO的含量幾乎沒有變化。

氣化爐出口，有效氣體H2的含量變化較大，摩爾分數分別為25.4%、32.2%、34%。所以，隨著處理煤量的增加，有效氣體H2摩爾分數是增加的。但是CO的摩爾分數基本沒有變化，分別為21.2%、22.7%、23.4%。

綜上所述：處理煤量的增加會造成高溫射流區溫度的降低，從而造成碳轉化率、爐內溫度以及有效氣體產氣組成的顯著變化，有效氣體 H2的含量變化尤為顯著。所以，處理煤量的變化會影響灰熔聚流化床氣化爐的安全穩定運行，實際工業操作中，應避免煤處理量太大造成的灰熔聚流化床氣化爐不能穩定運行。

結語

綜上所述，隨處理煤量的增加，物料碳轉化率由98%下降且急劇降低到 76.3%，所以處理煤量太大降低了碳轉化率；射流區域溫度由1709K降低到1560K，進而引起密相區出口氣體H2O、H2的變化，最終導致煤氣組成成分的變化。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.009