煤粉粒径对HNCERI气化炉碳转化率与固/液渣层分布的影响

作     者：许世森 王肖肖 刘刚 李小宇 任永强 谭厚章 XU Shisen;WANG Xiaoxiao;LIU Gang;LI Xiaoyu;REN Yongqiang;TAN Houzhang

作者机构：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司煤基清洁能源国家重点实验室北京102209 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2022年第41卷第3期

页      面：1517-1527页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFB0601900) 华能集团科技项目(HNKJ20-H57) 

主　　题：煤粉粒径 熔渣模型 碳转化率 数值模拟 

摘      要：以中国华能集团清洁能源技术研究院(Huaneng Clean Energy Research Institute,HNCERI)两段干粉加压气化炉为研究对象,采用考虑了焦炭颗粒表面气体组分扩散效应的随机孔模型计算焦炭气化反应速率以评估碳转化率。同时,耦合熔渣子模型计算气化炉一段壁面固液渣层分布特性和热损失,研究了煤粉粒径对HNCERI气化炉碳转化率和固液渣层分布特性的影响。结果表明所构建的模型可以准确预测气化炉出口主要气体组分组成、碳转化率和气化炉一段壁面热损失;气化炉一段碳转化率受固有气化速率和停留时间控制,二段主要受颗粒停留时间控制;因此,通过减小煤粉粒径可以减小气体在颗粒表面扩散阻力,有利于提高气化炉一段碳转化率,而适量增加煤粉粒径可以增加煤粉颗粒在气化炉二段的停留时间,有利于提高二段碳转化率。模拟结果显示煤粉颗粒粒径从20μm增加到200μm,一段碳转化率从99.68%降低到了95.06%,二段碳转化率从69.03%增加到了89%。煤粉粒径对气化炉上缩口和直段壁面液态渣层分布影响很小,但显著影响固态渣层厚度的发展。