處理煤量對(duì)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(xué)反應(yīng)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(duì)灰熔聚氣化爐氣化特性（爐內(nèi)溫度、碳轉(zhuǎn)化率以及煤氣組成成分）的影響，希望為現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。

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

計(jì)算結(jié)果及分析

處理煤量對(duì)灰熔聚氣化爐內(nèi)溫度的影響

圖1　處理煤量對(duì)氣化爐內(nèi)床高方向上溫度的影響

圖2　處理煤量對(duì)氣化爐內(nèi)床高方向上碳轉(zhuǎn)化率的影響

前文提到：在射流區(qū)域內(nèi)，主要發(fā)生的是煤粉的燃燒反應(yīng)，它能釋放熱量從而維護(hù)爐內(nèi)氣化溫度，為整個(gè)氣化過程提供能量。由于中心管進(jìn)氧量固定，所以燃燒反應(yīng)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(nèi)的整體溫度降低，分析認(rèn)為，主要是爐內(nèi)的周邊環(huán)形區(qū)冷煤粉的增加，降低了周邊環(huán)形區(qū)的溫度，增強(qiáng)了該區(qū)域和中心射流區(qū)的熱對(duì)流以及熱輻射，進(jìn)而降低了射流區(qū)的溫度。另外，由于中心管進(jìn)氧量固定，所以爐內(nèi)煤的燃燒量一定，處理煤量的增加，使得氣化量相應(yīng)增加，氣化反應(yīng)的吸熱量也隨著增加，這也是導(dǎo)致爐內(nèi)溫度降低的一個(gè)重要原因。

從圖1還可以看出：當(dāng)處理煤量是 5.6t/h時(shí)，溫度隨床高的增加降低地較為平緩，分析認(rèn)為：這個(gè)工況下，處理煤量較少，氣化的煤量就少，吸熱量也較少；而當(dāng)處理煤量是9.3t/h時(shí)，溫度隨床高的增加降低地相對(duì)較陡，原因是處理煤量相對(duì)增加，氣化的煤量也相對(duì)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(nèi)沿床高方向的產(chǎn)氣組成

圖4　處理煤量為7.1t/h，爐內(nèi)沿床高方向的產(chǎn)氣組成

圖5　處理煤量為9.3t/h，爐內(nèi)沿床高方向的產(chǎn)氣組成

處理煤量對(duì)碳轉(zhuǎn)化率的影響

由圖2可以看出，隨著灰熔聚氣化爐內(nèi)處理煤量的增加，碳轉(zhuǎn)化率卻在降低，當(dāng)處理煤量為5.6t/h時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率為98%。分析認(rèn)為這時(shí)的煤粉燃燒份額占的較大，由圖2可以知道：爐內(nèi)的溫度較高，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，所以碳幾乎全部反應(yīng)。但是當(dāng)處理煤量為9.3t/h時(shí)，物料中碳的轉(zhuǎn)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(yīng)，氣化效率低。所以，實(shí)際的工業(yè)操作中，應(yīng)嚴(yán)格控制煤的處理量。

處理煤量對(duì)煤氣組成成分的影響

將上述3幅圖對(duì)比可以看出 ：隨著處理煤量的增加，H2、H2O的摩爾分?jǐn)?shù)變化非常顯著。隨著處理煤量的增加，H2O的含量降低，摩爾分?jǐn)?shù)分別為46.3%、42.6%、40%；而H2的含量逐漸增加，摩爾分?jǐn)?shù)分別為15%、17.6%、20.3%。分析認(rèn)為：隨處理煤量的增加，反應(yīng)（C+H2O?CO+H2）更加劇烈，從而造成H2O的消耗以及H2摩爾分?jǐn)?shù)的增加。CO摩爾分?jǐn)?shù)15%、16.5%、16.7%，CO的含量變化很小，分析認(rèn)為：反應(yīng)（C+CO2?2CO）增加了CO的摩爾分?jǐn)?shù)，但是反應(yīng)（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?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)是增加的。但是CO的摩爾分?jǐn)?shù)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(huì)造成高溫射流區(qū)溫度的降低，從而造成碳轉(zhuǎn)化率、爐內(nèi)溫度以及有效氣體產(chǎn)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(huì)影響灰熔聚流化床氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際工業(yè)操作中，應(yīng)避免煤處理量太大造成的灰熔聚流化床氣化爐不能穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨處理煤量的增加，物料碳轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率；射流區(qū)域溫度由1709K降低到1560K，進(jìn)而引起密相區(qū)出口氣體H2O、H2的變化，最終導(dǎo)致煤氣組成成分的變化。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.009