Numerical Simulation of Thermal Stress Field of Water-cooled-wall Pulverized-coal Gasifiers

A local thermal stress model of water-cooled-wall pulverized-coal gasifier was built, and ANSYS was used to simulate the stress field in the gasifier operation to research the damage of refractories and slag layer caused by the thermal stress. The results reveal that:（1） the maximum stress of water-cooled-wall gasifier appears at the interface between anchor nails and refractories as well as the interface between refractories and the slag layer, and the maximum stress of slag layer appears on the surface of the slag layer;（2） the increase of slag layer thickness can significantly reduce the thermal stress at the interface between anchor nails and refractories, but increase the thermal stress between slag layer and refractories;（3） when the therma I conductivity is 2-6 W · m-1 · K-1, the thermal stress increases rapidly with the increase of the thermal conductivity, but when the thermal conductivity is 6-10 W · m-1 · K-1, the thermal stress is basically stable;（4） the higher the cooling rate, the faster the decreasing speed of the temperature and thermal stress.

干煤粉气化炉烧嘴偏置角度变化下的烧嘴罩性能优化研究

介绍了华能公司IGCC机组干煤粉气化工艺,针对干煤粉气化炉一段烧嘴水平偏置改造后,产渣量大幅提升,导致烧嘴罩发生漫渣、泄漏的问题,通过采取提高烧嘴罩探入深度、优化配煤方式控制气化炉产渣量、改造粉煤给料罐底锥稳定煤线波动等措施,进一步提升了烧嘴罩运行的稳定性,基本避免了烧嘴罩发生漫渣、泄漏现象。

干煤粉气化炉主烧嘴与渣口匹配性研究

干煤粉气流床气化技术已经在国内外普遍推广应用,从干煤粉气化炉的组合烧嘴、下渣口及气化炉的结构和特点出发,讨论了干煤粉气化炉主烧嘴氧气旋流角度、主烧嘴煤粉通道半径及气化炉下渣口的尺寸等对气化效率的影响。结果发现,干煤粉气化炉选择氧气旋流角为25°、煤粉通道半径为92 mm的主烧嘴与下渣口直筒段内径为500 mm的渣口进行匹配,所产生的有效气含量最高,碳转化率最高,渣、饼残碳量最低,气化反应更充分,是一种较好的匹配选择。

原料煤灰分含量对气流床煤气化的影响分析

分析原料煤灰分变化对气流床煤气化的影响对气化炉的设计选型、生产运行有重要意义。通过建立干煤粉气化炉和水煤浆气化炉的气化过程模型,研究了原料煤灰分发生变化时对有效气含量、产气量、氧耗等的影响。研究结果表明:在相同负荷及操作温度下,随着原料煤灰分含量的增大,两种气化炉的有效气产量降低,有效气含量未发生明显变化;干煤粉气化炉较水煤浆气化炉氧耗低,相较而言,干煤粉气化炉更能够适应高灰分煤种。

干煤粉气化炉黑水闪蒸系统工艺优化

针对GSP干煤粉气化工艺装置存在的闪蒸系统设备能力不足、闪蒸效果不佳、系统超负荷运行、管道设备磨损和堵塞、现场可燃气超标等影响长周期运行的问题,通过对合成气洗涤、旁闪、二级闪蒸等系统进行工艺优化,同时增加澄清槽和过滤机等技术改造,解决了闪蒸系统存在的问题,且1.0 MPa饱和蒸汽用量比改造前减少10.3 t/h,脱盐水用量比改造前减少110 t/h。

高效叶片式分离器在合成气洗涤塔的应用探索

某煤制油项目干煤粉气化炉运行后期出现洗涤塔易带水问题,无法满足高负荷运行需求。针对该问题进行了原因分析,并引入一种高效叶片式分离器,介绍了其结构、工作原理及性能指标、处理能力,通过CFD流体动力学模型和相关计算软件精确评估了其工作状况及可允许的最大气、液相处理能力,并对合成气洗涤塔进行了高效叶片式分离器改造试用。结果表明:改造试用实现了干煤粉气化炉长周期105%以上负荷运行。

气化炉长周期稳定运行探索分析

以生产企业实际运行数据为基础,着重就水煤浆气化及粉煤加压气化两种炉型从气化煤质、装置运行两个方面分析,找出影响其长周期稳定运行的因素,并给出各影响因素的控制指标。

粉煤气化技术气化炉挂渣操作结论

气化炉在运行过程中易出现水冷壁浇注料脱落、挂渣松散等工况,会造成水冷壁泄漏频繁,严重影响气化炉安全稳定长周期运行。参考某公司1、某公司2和某公司3的气化炉在实际运行状况中的挂渣经验,结合其工艺流程和运行数据,通过对比分析不同煤灰组分和炉膛温度等操作情况,揭示气化炉采用不同煤质和煤灰熔点对挂渣效果之间的相关性。

一次风率对煤粉气流床气化-燃烧特性及NO_(x)排放影响的试验研究

煤粉气化-燃烧技术是实现燃煤锅炉超低负荷稳燃和低氮氧化物(NO_(x))排放的重要方式。为了揭示一次风率(λ_(1))对煤粉气化-燃烧特性及NO_(x)排放的影响。采用自主搭建的对冲气流床气化-燃烧系统,研究了λ_(1)对煤粉气化特性,燃料N转化和NO_(x)排放特性的影响,采用热重分析仪和化学吸附仪对气化半焦的反应性和孔隙结构进行分析。结果表明:λ_(1)的增加会提高气化炉温度,使气化炉出口CO和CH_(4)的浓度分别降低了2.67%和2.43%;促进了固定碳的转化,其转化率增加了17.28%;燃料N的转化率增加了13.50%,其中增加了向N_(2)的转化,但降低了向NH_(3)的转化。同时,λ_(1)增加使气化焦炭具有更发达的孔隙结构,比表面积增加了95.77 m^(2)/g,孔体积增加了2倍,改善了气化焦炭的燃烧特性。气化燃料进入燃烧室后,当λ_(1)高于0.25时,燃烧室主燃区内未生成NO。λ_(1)为0.35时,燃烧室出口的污染物排放最低,NO_(x)和CO分别为115.86 mg/Nm^(3)(@6%O_(2))和39.25 mg/Nm^(3)(@6%O_(2));此时燃烧效率最高,为99.68%。因此,一次风对煤粉气化燃烧特性和污染物排放具有显著的影响,控制合适的一次风量可以降低污染物排放的同时提升燃烧效率。

Shell粉煤气化炉的分析与模拟

以受限容器内多喷嘴对置射流下的流体流动特征为基础,分析了Shell粉煤气化炉内的流场特征,发现炉内存在5个特征各异的流动区域,即射流区、撞击区、撞击扩展流区、回流区和管流区。从气化炉内主要的化学反应着手,结合流动、混合与化学反应的相互影响,分析了炉内各流动区域的化学反应过程,建立了气化炉的数学模型,对气化过程进行数学模拟,预测了工艺条件对气化结果的影响。结果表明,有效气(CO+H2)产率随氧煤比的变化有一最佳值,随蒸汽煤比不同,对应的氧煤比在0.54Nm3/kg～0.56Nm3/kg之间。有效气产率随蒸汽煤比的升高而增加。

Shell气化炉渣池堵渣机理分析

Shell粉煤加压气流床气化技术是先进大型煤气化技术之一。文中结合中石化安庆Shell粉煤气化装置煤质和操作条件,分析了Shell气化炉渣池堵渣机理,提出了优化操作建议。研究表明:Shell气化装置采用的恒源煤灰流动温度约1 500℃,镇雄煤灰流动温度约1 400℃,通过将恒源煤与镇雄煤混配并添加适量石灰石能将配煤灰流动温度降低至1 350℃,同时改善煤灰黏温特性。Shell气化炉渣池结构决定了在一定条件下液态熔渣将沉积在渣屏表面,液态熔渣受渣屏水冷壁冷却形成一固态渣层,当沉积在渣屏表面的大尺度固态渣层脱落后将有可能造成Shell气化炉渣池堵渣问题;通过改善入炉煤质、控制适宜的操作温度和操作负荷等手段可降低Shell气化炉渣池堵渣风险。

水冷壁式粉煤气化炉炉衬温度场数值模拟研究

为了使水冷壁式粉煤气化炉长周期、高效化运行,利用ANSYS有限元分析软件对粉煤气化工艺的水冷壁式气化炉炉衬服役过程的温度场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉内挂渣层由固态层、熔融层和流动层组成,提高耐火材料的热导率有利于挂渣层的形成。2)选用耐火材料的热导率为8~10 W·(m·K)^(-1),渣表面温度为1 290~1 310℃时,炉壁挂渣状态较好。3)当炉内已实现正常挂渣厚度(15 mm以上)时,水冷管和渣钉都会在安全温度下正常运行,在挂渣厚度较低的情况下(低于15 mm),渣钉和水冷管有超温的风险。

煤粉气流床气化炉预热燃烧特性及NO_(x)排放试验研究

煤粉预热燃烧技术已被证明是一种清洁高效的燃烧技术。针对大型燃煤机组四周空间及承重受限,提出采用结构紧凑的对冲气流床气化炉预热解煤粉并耦合燃烧的技术与系统,搭建了新型气流床气化炉预热燃烧实验台,对煤粉在气化炉内预热特性和预热燃料在燃烧室内燃烧特性进行研究,探索煤中氮元素在预热燃烧过程中的迁移和转化规律。结果表明,新型气流床气化炉预热燃烧实验系统能够自维持稳定运行,系统压力和温度波动很小;气化炉内温度梯度较大,高温区位于烧嘴平面附近,最高温度可达1115℃,而出口温度降至850℃。气流床气化炉能够为下行燃烧室稳定提供高温煤气和预热半焦;高温煤气中CO、H2、CH4质量分数(干基)分别可达13.15%、8.72%、0.78%;预热半焦颗粒相比于原煤颗粒粒径减小,原煤50%切割粒径d50=43μm,而预热半焦颗粒d50=24μm,预热后颗粒比表面积从4.05 m^(2)/g增到216.44 m^(2)/g,同时,孔容积也增大,颗粒燃烧特性得到改善;预热过程中96.33%的挥发分和40.23%的固定碳释放到高温煤气中;同时,转化到气相中的煤N达69.74%,其中47.67%转化为N_(2),其余转化为NH_(3)和HCN。预热燃料进入下行燃烧室后能够稳定燃烧,不存在着火延迟,温度分布均匀;主燃区预热燃料中的NH_(3)和HCN,以及焦炭中析出的氮大部分转化为N_(2),主燃区内没有NO生成。实验台燃烧室出口NO_(x)和CO排放质量浓度分别为143.02 mg/Nm3(6%O2)和8.17 mg/Nm3(6%O2),燃烧效率高达99.75%。煤粉经过新型气流床气化炉预热后燃烧,煤N仅有4.69%转化为NO。

HT-L气化炉的煤气化特性研究

详细介绍了国内首套拥有自主知识产权的HT-L粉煤气化炉的气化特点,具有煤种适用广、碳转化率高、对环境污染小及投资运行费用低等优点。对濮阳龙宇的HT-L粉煤气化炉进行特性研究,通过实验数据分析可知,随着气化炉温度升高,有效气(H2+CO)含量降低,CO2含量有所增加,CH4和HCN含量逐渐减少。

水冷壁式粉煤气化炉炉衬应力场数值模拟研究

针对水冷壁式粉煤气化炉在使用过程中由热应力引起的耐火材料和渣层损毁现象,建立了水冷壁的局部热应力模型,运用ANSYS有限元分析软件对水冷壁式粉煤气化炉使用过程的应力场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉的最大应力出现在锚固钉与耐火材料的界面以及耐火材料与渣层的界面,渣层最大应力的位置在渣层表面。2)渣层厚度的增加可显著降低锚固钉与耐火材料界面处的热应力,但是会导致渣层与耐火材料层间的热应力增大。3)当热导率为2～6 W·m^(-1)·K^(-1)时,随着热导率增加,会导致热应力迅速升高;而当热导率为6～10 W·m^(-1)·K^(-1)时,热应力基本稳定。4)降温速率越快,炉衬各点的温度和热应力下降得越快。

干煤粉加压气化装置控制系统研究

以干煤粉加压气化技术为基础,分析该类型气化装置的运行特点和控制要求,重点讨论气化炉负荷控制和合成气质量控制的关系,提出氧气流量作为气化炉负荷控制主控变量、氧煤比作为合成气质量控制主控变量的控制策略,并制定详细的控制系统设计方案。

水激冷对粉煤气化过程气体组成的影响

激冷室下降管内热质传递过程强烈,水蒸气含量较高,下降管内变换反应对激冷室出口合成气组成有一定的影响。基于激冷室的数值模拟研究,建立了涉及气化室、激冷室的粉煤气化炉数学模型,利用所建气化模型研究了激冷水流量及温度对激冷室出口合成气组成的影响。结果表明,下降管内蒸发的激冷水质量占入口激冷水总质量的4.4%;气化室出口合成气经激冷室后CO体积分数降低12.5%、H_2体积分数增加5.8%,有效气体积分数降低6.7%,激冷室出口合成气组成计算结果与工业数据吻合较好;激冷水流量与温度对激冷室出口合成气组成影响差别较小。

加压气化炉给料系统变水分输送特性

在高压浓相输送试验台上进行煤粉输送试验,考察煤粉含水率对压损特性、质量流量的影响规律。结果表明:随着含水率的增加,褐煤的质量流量逐渐减小,烟煤的质量流量先增大后减小,相同含水率下褐煤的流动性较好。

Shell干煤粉气流床气化炉数值模拟研究

针对Shell气化炉在国内运行现状,利用数值模拟方法对国内某化工厂Shell气化炉进行三维建模,采用Realizable k-ε模型封闭湍流方程,应用随机轨道模型计算煤粉颗粒流流动,利用未反应核缩芯模型和涡扩散模型(Eddy-dissipation concept,EDC)分别模拟颗粒表面的化学反应和均相反应过程,采用P1辐射模型考虑了热辐射气体的辐射传热作用。研究结果表明:Shell气化炉采用中下部四喷嘴切向进料,炉内涡旋流动明显,流场十分复杂,颗粒在旋流夹带和离心力作用下在烧嘴以上和气化炉底部甩向壁面附着形成液态渣膜,干煤粉气化过程在较小的空间内完成,旋流同时延长了物料在炉内的停留时间,物料在Shell气化炉内的停留时间最长超过11s,此外,气化炉内合成气组成分布与温度分布存在一对应变化关系。

GSP干煤粉气化关键技术优化研究

为解决GSP干煤粉气化技术出现的点火烧嘴无法点火、烧嘴端面烧损、水冷壁烧穿、粗煤气带灰严重、洗涤水固含量高等问题,对气化炉组合烧嘴和粗煤气洗涤系统进行优化改造,并对改造效果进行分析。采用高能量点火方式,提高氧气喷头的耐高温能力,通入一定比例高压蒸汽,改变点火烧嘴冷却水冷却方式,增加气液分离罐、鼓泡塔、塔盘,重新设计洗涤水流程,优化旁路闪蒸系统,设置静态混合器等方法,实现了点火烧嘴点火成功率由40%提高至98%以上,合成气含尘量由20.5mg/m^3降至0.5 mg/m^3以下,有效气产量达到143 856 m^3/h,水冷壁热损降低,气化炉运行时间延长,2012年5台气化炉的累计运行时间是2011年的2~3倍,解决了装置长期低负荷运行的技术瓶颈,实现了装置满负荷、长周期稳定运行。