Opposed multi-burner gasification technology:Recent process of fundamental research and industrial application

Opposed multi-burner(OMB)gasification technology is the first large-scale gasification technology developed in China with completely independent intellectual property rights.It has been widely used around the world,involving synthetic ammonia,methanol,ethylene glycol,coal liquefaction,hydrogen production and other fields.This paper summarizes the research and development process of OMB gasification technology from the perspective of the cold model experiment and process simulation,pilotscale study and industrial demonstration.The latest progress of fundamental research in nozzle atomization and dispersion,mixing enhancement of impinging flow,multiscale reaction of different carbonaceous feedstocks,spectral characteristic of impinging flame and particle characteristics inside gasifier,and comprehensive gasification model are reviewed.The latest industrial application progress of ultralarge-scale OMB gasifier and radiant syngas cooler(RSC)combined with quenching chamber OMB gasifier are introduced,and the prospects for the future technical development are proposed as well.

多喷嘴撞击火焰高度及频率特性

基于多喷嘴对置式水煤浆气化试验平台,利用高温内窥镜配合使用高速相机,结合火焰图像处理技术,研究了多喷嘴对置式气化炉内水煤浆撞击火焰高度及其脉动频率特征,选用的图像处理方法可实现撞击火焰高度区域图像的有效分割.结果表明,撞击火焰的平均火焰高度和最大火焰高度均随氧碳比的增大不断上升,且撞击火焰稳定性增强.撞击火焰特征频率随着氧碳比的升高而降低,主要频率特征峰的幅值降低,脉动特征频率在1～3Hz处趋于稳定.在水煤浆操作的典型氧碳比条件下,撞击火焰将不会直接冲蚀到拱顶耐火砖.

多喷嘴对置式气化炉内撞击火焰高度研究

基于多喷嘴对置式气流床气化热模实验平台,利用侧面高温内窥镜配合工业高速相机,对不同工况下的柴油撞击火焰高度及脉动频率进行了研究。提出了一种基于伪彩色增强的撞击火焰高度图像分割方法。利用工业高分辨率相机和顶部高温内窥镜的组合对结果进行了验证。结果表明,在实验工况下,撞击火焰高度随氧碳比([O]/[C])的升高逐渐上升,但在氧碳比为1.8附近出现转折;提高柴油流量,火焰高度上升明显。氧碳比的升高和柴油流量的增加均使得火焰高度的脉动范围减小,撞击火焰稳定性增强。撞击火焰高度的脉动频率集中在低频区,其主要频率的特征峰保持在10 Hz以内,另外,在3 Hz附近存在一明显的特征峰。氧碳比的升高和柴油流量的增加均使得特征峰的幅值逐渐降低。

多喷嘴对置式水煤浆气化炉内固体颗粒微观特性研究

气化炉内固体颗粒微观结构特性对气流床气化过程中熔渣、粗渣和细渣的形成具有重要影响。基于多喷嘴对置式水煤浆气化实验,对典型工况(O/C原子比为1.0)下气化炉轴向不同位置的固体颗粒进行取样,利用氮气等温吸附法和扫描电子显微镜对颗粒孔隙结构和微观形态进行研究。结果表明,气化炉内固体颗粒典型形态为不规则多孔状和规则球状,喷嘴平面有少量致密性不规则颗粒和中空颗粒。从喷嘴平面沿气化炉轴向向下,随着气化反应的进行,颗粒表面愈加粗糙,孔隙结构愈加发达。颗粒吸附曲线属于II型等温线,迟滞回线属于H3型回线,表明颗粒具有大量裂缝形孔和较连续的完整孔系统。比表面积和孔容积均随着与喷嘴平面距离的增加而增大,而平均孔径逐渐减小,在喷嘴平面附近变化幅度较大。孔结构以孔径小于10 nm的孔为主,随着气化反应的进行颗粒中小于10 nm的孔逐渐增多,而大于10 nm的孔分布状态变化不大。

多喷嘴对置式水煤浆气化炉内钠元素的释放与转化

基于多喷嘴对置式水煤浆气化热态实验平台,开展气化炉内钠元素的释放与转化特性研究。对收集的气化炉内轴向不同位置处颗粒物样品进行分析,利用微波消解和化学分级洗对颗粒物进行预处理,借助原子火焰吸收光谱仪(FASS)定量测定颗粒物中钠元素含量,并采用扫描电镜-能谱仪联用系统(SEM-EDS)表征颗粒物的表观形态及其表面元素组成。FAAS测定结果表明,钠元素释放率随距离喷嘴平面间距的增加呈先增加再减少的趋势,喷嘴平面附近为钠元素主要释放区域。随着炉内反应的进行,钠元素由水溶态、离子交换态向酸溶态和残渣态转变。结合SEM-EDS结果可知,炉内反应过程中,矿物质熔融形成球形颗粒物,与气相中的钠反应生成硅酸盐和硅铝酸盐,且钠元素含量随球形颗粒物的增多而增加。