第28卷第1期煤炭技術(shù)Vol.28,No.012009年1月Coal TechnologyJan,2009粉煤氣化試驗(yàn)?zāi)M裝置的研究與設(shè)計(jì)劉慶旺，李寒旭，丁立明(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001)摘要:在參照國內(nèi)外 幾種現(xiàn)有不同的粉煤氣化實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,考慮到幾種實(shí)驗(yàn)裝置的規(guī)模、尺寸,并結(jié)合本.研兗的具體情況,通過計(jì)算初步確定了粉煤氣化試驗(yàn)?zāi)M裝置的主要參數(shù)與試驗(yàn)系統(tǒng),為設(shè)計(jì)和開發(fā)氣流床粉煤氣化試驗(yàn)裝置提供較全面地基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)進(jìn)一步研究我國粉煤的氣化特性起到了重要作用。關(guān)鍵詞:粉煤氣化;試驗(yàn)裝置;設(shè)計(jì)中圍分類號(hào):TK17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào): 1008 - 8725(2009)01 - 0159- 04Research and Design of Experimental Device for SimulatingPulverized - Coal GasificationLIU Qing- wang, LI Han- xu, DING Li - ming，(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001 ,China)Abstract: Based on several domestic and foreign dfferent pulverized - coal gaification experimental devices,this paper takes the size of experimental device into account and combines with the specific circumstances ofthe study. An experimental device is created by means of certain calculation , which provided more comprehens-ive data for the deeign of an experimental device of entrained - flow pulverized - coal gasification. It is impor-tant for futher research of the pulverized - coal gasification characteristics.Key words: pulverized - coal gasification; experimental device; design步設(shè)計(jì)與研制了一套新型的粉煤氣化試驗(yàn)?zāi)M裝0前言置,為進(jìn)一步研究高灰熔點(diǎn)粉煤的氣化反應(yīng)活性提煤的氣化是在1 000C以。上的高溫下進(jìn)行的。供了必要的條件。目前世界上有代表性的煤氣化方法如氣流床Texaco1試驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì)思路氣化爐,氣化溫度高達(dá)1400~1500C,而Shell煤氣化工藝中氣化爐的中心溫度隨煤種不同介于.在籌建粉煤氣化試驗(yàn)裝置時(shí),總體設(shè)計(jì)思路如1 400C~ 1 700C之間,2種氣化爐均為液態(tài)排渣,下:要求氣化操作溫度高于煤灰的流動(dòng)溫度。煤氣化爐(1)模擬煤粉在爐內(nèi)連續(xù)氣化的全過程,耗煤量中粉煤是在高于灰熔融溫度(1300%~ 1 600C)下最大控制在1 kg/h。進(jìn)行流動(dòng)的,而在如此高的溫度下,煤氣化中可能發(fā)(2)實(shí)驗(yàn)工況可以調(diào)整,滿足變量粉煤氣化的要生了各種不同的反應(yīng),因此很難概括出不同特性煤求。的氣化特征,又由于這些氣化爐對(duì)煤的灰份、灰的粘(3)實(shí)驗(yàn)參數(shù)如溫度、流量、氣化產(chǎn)物成分等工溫特性及灰熔點(diǎn)有一定要求,因此氣化爐在選擇原藝參數(shù)可以實(shí)時(shí)檢測,要有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)，料煤時(shí)應(yīng)作必要的試驗(yàn)。為了設(shè)計(jì)和研制氣流床粉便于分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。煤氣化試驗(yàn)裝置,必須先建立一套氣化試驗(yàn)?zāi)M裝(4)操作方便,調(diào)節(jié)靈活,運(yùn)行穩(wěn)定。置為其提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(5)在滿足科研的前提下,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室原有的實(shí)因此,筆者在參照國內(nèi)外幾種現(xiàn)有的粉煤氣化驗(yàn)設(shè)中國煤化工本。實(shí)驗(yàn)裝置^1-4]的基礎(chǔ)上,根據(jù)該研究的具體內(nèi)容,初TYHCNMHG收稿日期:2008 - 08 - 03;修訂日期:2008-11-03.作者簡介:劉慶旺(1972- ),男安徽準(zhǔn)南人，在讀碩士研究生,主要從事潔凈煤技術(shù)的研究, Tel:0554 - 668459, - mail; qwliu@ aus. edu.cno.160.煤炭技術(shù)第27卷氣化試驗(yàn)裝置的規(guī)模尺寸,將反應(yīng)器尺寸確定為:內(nèi)2系統(tǒng)與各部分的確定及計(jì)算徑5 cm;壁厚5 mn;反應(yīng)管加熱段長度2 m。2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算(2)爐體保溫耐火層厚度的計(jì)算2.1.1 加熱爐體的計(jì)算由于試驗(yàn)煤種灰熔融溫度高,該電爐經(jīng)常工作(1)加熱爐體高度的計(jì)算在1 700 C,因此內(nèi)爐管選擇剛玉管(AI2O2 > 99.加熱爐體高度可以根據(jù)煤顆粒在反應(yīng)器中的最9%) ,爐膛內(nèi)層選擇進(jìn)口氧化鋁纖維材料,中層采用短停留時(shí)間和煤顆粒的速度求得,煤顆粒的速度等高溫棉,外層采用國產(chǎn)氧化鋁纖維,兩種纖維的混用于煤顆粒在靜止流體(25C空氣)中的沉降速度加流可以降低成本,即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。其傳熱計(jì)算53如下:體流速(氧、水蒸氣總流速)。由傅立葉定理有:求解步驟[如下:Q = λdi/dz(1)煤顆粒在靜止流體(25C空氣)中沉降速度式中λ一-導(dǎo)熱系數(shù),w/(mC);的計(jì)算沿爐墻法線方向的距離,m;由于顆粒小，加速階段忽略,近似認(rèn)為顆粒始終dt-沿爐墻法線方向上的溫度變化,C。以Ut 下降。上式設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)是常數(shù)時(shí)積分得:Ur= gd'(p-p)Q=2/L(Tη- Tc)18μL----層爐墻的厚度,m;式中，重力 加速度;冷面的溫度,C;d-煤顆粒直徑;T,- 高溫面的溫度, C。煤顆粒密度;空氣密度;對(duì)于多層耐火材料組成的爐墻和保溫層(參照空氣粘度。圖1)則有:計(jì)算煤樣選用淮南高灰熔點(diǎn)煤種,以上參數(shù)經(jīng)Q=(Ty- Tc)(L1/21 + L2/22+.... + Ln/An)查閱可得,代人數(shù)據(jù),計(jì)算得: Ut=0.421 6 m/s .Tm=(Tg+ T1)/2(2)流體流速的計(jì)算Tw2=(T; + T2)12參照文獻(xiàn)[4]的流速計(jì)算假設(shè)數(shù)據(jù),氧煤比(w/Tns=(72+ Tc)/2 .w)為1.5,水煤比(w/w)為0.6,計(jì)算如下:每層的導(dǎo)熱系數(shù)可以根據(jù)每層的平均溫度經(jīng)查①氧氣流速閱獲得。氧氣流量:Wor =22.5 g/min .反應(yīng)器截面積: A =0.0020 m2t12氧氣流速: Ua=(Wa +32) x22.4x 10~*/A代人數(shù)據(jù)得: Ua=0.151 6 m/sT(②反應(yīng)器中水蒸氣流速水蒸氣流量: Wno= 10.2 g/min圖1三層爐墻的傳 熱示意圖又由,并令溫度為1 750C,壓力為1.013x 10因?yàn)?熱量損失Q=輻射散熱+對(duì)流散熱Pa,可計(jì)算得水蒸氣的體積流量過程如下:Q=4.56[(T/100)- (T/100)*]+ C,(Tc-摩爾流量:Nno( Wno =0.0094 mol/s由公式:V= nRTIP式中C,-- 自然對(duì)流傳熱系數(shù),熱面朝上時(shí)Cp=得水蒸氣體積流量:Vro=1.3738x10~ m/s3.25,垂直時(shí)C,=2.56;水蒸氣流速:Uno= Vgo/A環(huán)境溫度, C;Tc--爐墻或熱力管道外壁溫度, C。代人數(shù)據(jù)得: Uno =0.700 0 m/s中國煤化工境散失的熱,所以因此: U=(U,+ Uo, + Uno;以上.MHCNMHG得: U=1.273 2 m/so(Ty - Tc)1(LI/λ1 + L2/22 + L0/20) = 4.56由上可知，要保證煤顆粒在反應(yīng)器中有一定的[( T。/100)* -(TsA/100)*]+ C,(Tc- T).停留時(shí)間,又要參照實(shí)驗(yàn)室面積規(guī)模及現(xiàn)有的粉煤代入數(shù)據(jù)得:L =0.24 m第1期劉慶旺,等:粉煤氣化試驗(yàn)?zāi)M裝置的研究與設(shè)計(jì)●161.同理得熱面朝上時(shí),以=0.15 m表1試驗(yàn)裝置加熱爐體參數(shù)匯總(3)加熱爐功率的計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目單位備注①加熱元件規(guī)格的確定剛玉管長度3根據(jù)以上的計(jì)算及本實(shí)驗(yàn)室的具體情況,保溫爐體料層厚度4耐火材料的厚度為440 mm;爐膛的高度為2 m,所以氣化段的高度本文定制了特殊型號(hào)的螺旋形二硅化鉬電熱元件,爐膛尺寸10r* 200cm# cm加熱元件敷規(guī)格為9/18 mm 1800 型,冷端650 mm,熱端600熱電偶的個(gè)敷根mm,單只硅鉬棒功率為4 kW.設(shè)計(jì)功率12W電壓220 V②爐膛內(nèi)表面積的確定2.2試驗(yàn)裝置 系統(tǒng)流程爐膛內(nèi)表面積[°)由下面公式確定:該試驗(yàn)裝置結(jié)合實(shí)驗(yàn)室土建條件,采用單層鋼M=Qmx Sm/W結(jié)構(gòu)框架布置。粉煤樣品通過螺旋給料器與氣化劑式中M--碓鑰棒支數(shù);-并沿爐膛向下流動(dòng)。經(jīng)過高溫爐膛進(jìn)行反應(yīng),反Q*--爐膛內(nèi)表面負(fù)荷,W/cm2;應(yīng)后的灰渣由渣收集器收集作為樣品進(jìn)行分析,生Sg-爐 膛內(nèi)表面積,cm;成的氣體通過氣體在線檢測儀進(jìn)行氣體組成分析。每支硅鉬棒在高溫下的功率,w。爐管內(nèi)徑為5 cm,長度3 m,材料為剛玉,采用電加計(jì)算得:Q=200mcm2。熱作為熱量補(bǔ)償裝置,加熱元件為二硅化鑰,分三段2.1.2試驗(yàn)裝置主要部分基本參數(shù)加熱,獨(dú)立溫度控制。加熱段在爐膛中部,加熱有效試驗(yàn)裝置的加熱爐體的主要參數(shù)，現(xiàn)匯總?cè)玳L度為2m。氣化產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷卻、除塵及凈化表1。后,排出實(shí)驗(yàn)室。具體流程見圖2。流量計(jì)微型螺毖給料器料4電預(yù)熱器德奉控制器-_沖卻水入_o領(lǐng)沖瓶。熱電霧氣體在線分析儀溫控裝發(fā)電加熱器@質(zhì)請(qǐng)分析儀爐過濾器廠勺氣相色請(qǐng)牙折儀進(jìn)、出水管-XRD| 灰收集磊-FTIR翟式流量計(jì)-xR殘德收集器墻收集器日2 粉煤氣化試驗(yàn)裝置系統(tǒng)流程圖2.3各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能 簡介度,為氣化反應(yīng)器提供熱氣體。供氣系統(tǒng)中的氣體2.3.1電加熱及溫度測量 、控制系統(tǒng)鋼瓶、水蒸氣發(fā)生器玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、緩沖器、干燥電加熱器是電加熱型的下降并流反應(yīng)器,由剛器及洗氣瓶可使氣化劑潔凈、干燥,并以穩(wěn)定的進(jìn)氣玉管(內(nèi)徑50 mm,外徑55 mm,3.00 m)、加熱元件、速率進(jìn)入試驗(yàn)裝置。溫控器及保溫耐火材料組成。剛玉管的外側(cè)是圓形.2.3.3煤粉進(jìn)料系統(tǒng)的加熱爐膛,在爐膛內(nèi)分別上下均勻布置了3支螺煤粉進(jìn)料系統(tǒng)是試驗(yàn)裝置的主要附件,其作用旋形二硅化鉬加熱元件,它可以使反應(yīng)管內(nèi)中心的是實(shí)現(xiàn)均勻的定量給料。煤粉進(jìn)料系統(tǒng)包括:粉煤溫度最高達(dá)1 750C ,在爐膛的不同高度位置上裝有進(jìn)料器型臀,其中煤進(jìn)料采3根熱電偶,用于測定和挖制爐膛的溫度。爐體溫用微型YH中國煤化工生料煤接口,下方.度分三段獨(dú)立控制,控溫元件選用鉑銠30-鉑銠6為冷卻c N M H G釗器控制,每次實(shí)熱電偶,根據(jù)具體的試驗(yàn)情況采取不同的控溫方式。驗(yàn)前均對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。.2.3.2預(yù)熱、供氣 系統(tǒng)2.3.4取樣和分析 系統(tǒng)預(yù)熱器的作用是加熱氣化劑,使其達(dá)到設(shè)定溫取樣和分析系統(tǒng)包括取樣儀器和過濾分離部第28卷第1期煤炭技術(shù)Vol.28, No.OL2009年1月Coal Technology .Jan,2009兩種煤氣化技術(shù)反應(yīng)過程比較和分析董洪峰，師帥(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇徐州2111)摘要:選取2 種較為典型的煤氣化工藝,主要從氣化反應(yīng)的特點(diǎn)人手,對(duì)單位有效氣體碳耗進(jìn)行了比較計(jì)算,對(duì)資源利用的合理性進(jìn)行了討論,最后得出了自己對(duì)適合我國國情的煤氣化技術(shù)發(fā)展方向的理解，以供煤氣化技術(shù)研發(fā)及使用部門參考。關(guān)鍵詞:煤氣化;氣流床;氣化反應(yīng)中團(tuán)分類號(hào):TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008 - 8725(2009)01 - 0162 - 03Comparison and Analysis Between Reaction in Two Coal GasificationTechnologyDONG Hong - feng, SHI Shuai(School of Chemical Technology ,China University of Mining and Tehnology, Xuzhou 21116, China)Abstract: This paper has selected two more typical of the process gas, mainly from the gasification reactionstarting with the characteristics of effective units of carbon gas consumption were compared , for the reasonableuse of resources was discussed, the final draw on their own for China Conditions in coal gasification technologydevelopment direction of understanding, for coal gasification technology research and development and use ofreference .Key words:coal gasification; entrained - flow; gasification reaction我國目前的煤氣化工藝星現(xiàn)多元化特點(diǎn),主要.0引言有常壓固定床間歇?dú)饣に?大約占國內(nèi)甲醇與合煤氣化工藝在煤化工中占有很重要的龍頭地成氨裝置生產(chǎn)能力的70%"] ,然而近年來隨著大量位,很多煤化工工藝都是以煤氣化技術(shù)為先導(dǎo),在我國外引進(jìn)的氣流床加壓氣化工藝的登場,中國成了國很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此,研發(fā)經(jīng)濟(jì)節(jié)能某些國外煤氣化工藝技術(shù)的高價(jià)擴(kuò)放實(shí)驗(yàn)場,國內(nèi)潔凈環(huán)保的煤氣化工藝成為煤化工可持續(xù)良性發(fā)展大量技術(shù)人員在較短的時(shí)間就將大量煤氣化新工藝的前提。.推向市場,至此我國成了中外煤氣化工藝的角斗場。分,還包括氣體分析儀及固體樣的分析儀器,氣體分煤的氣化過程,符合設(shè)計(jì)要求。析儀用來在線分析產(chǎn)氣中各組分的體積濃度。此該裝置不僅能用來研究高灰熔點(diǎn)粉煤的氣化反外,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求,可以增設(shè)不同的分析設(shè)備,應(yīng)特性,還能完成其它可燃物的高效、清潔燃燒,污來滿足科研要求。染物排放控制的科研工作,適合在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行操2.3.5尾氣排放系統(tǒng)乍。尾氣排放系統(tǒng)包括壓力控制閥和氣體濕式流量參考文獻(xiàn):計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)還包括冷卻器、殘焦、渣的收集器。如1] 吳勇強(qiáng),唐黎華,朱學(xué)棟,等.超高溫氣流床煤氣化模試裝置的研制和應(yīng)用[].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006,23(3) :53.果實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生了有害氣體,可以根據(jù)具體情況用溶[2]王建中 .高溫下煤焦氣化反應(yīng)特性的研究[D].上海:華東理工液吸收處理后排放。大學(xué),2001.3] s. Kejitani,S. Hara, H. Matsuda. Gesification rle analyis of coal3結(jié)語chars with a presurized dop tube fumace [J]. Fuel,2002.[4]王福明 .氣流床高溫煤氣化的研究[D].上海:華東理工大學(xué),該裝置加煤量最高可達(dá)1 kg/h, 同時(shí)具有升溫[S]劉吉堂,張成恩.有限元法在電廠熱力設(shè)備傳熱計(jì)算中的應(yīng)用速率快、反應(yīng)溫度最高可達(dá)1 750C,爐內(nèi)反應(yīng)為連[J].東北電力技術(shù), 199,(12):1-2.續(xù)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),溫度、煤進(jìn)料量和氣體流率可以預(yù)先[6]賈英全 .硅鉬棒電爐的設(shè)計(jì)與制造[].中國陶瓷200,365)0設(shè)定;與其它實(shí)驗(yàn)裝置相比，該裝置具有反應(yīng)溫度中國煤化工(責(zé)任編輯昌璃)高、功能多、易操作及造價(jià)低等特點(diǎn),能模擬實(shí)際粉fHCNMHG收稿日期:2008 - 08- 15;修訂日期:2008-11-04作者簡介:董洪峰(1988- ),男,河北唐山人,江蘇徐州中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)2005級(jí)3班學(xué)生, Tel:13585478690, E - mail:hongfeng-007@ 126. com。