煤气化技术的研究与进展
《煤气化灰渣热处理资源化利用》札记
《煤气化灰渣热处理资源化利用》阅读随笔目录一、内容简述 (3)1. 煤气化技术的发展与应用 (3)2. 灰渣处理的现状与挑战 (5)3. 资源化利用的重要性与意义 (6)二、煤气化灰渣的基本特性 (7)1. 灰渣的成分分析 (9)2. 灰渣的物理性质 (10)3. 灰渣的化学性质 (11)三、煤气化灰渣热处理技术 (12)1. 热处理原理及方法 (13)a. 灰渣焚烧 (15)b. 灰渣热解 (16)c. 灰渣气化 (17)2. 热处理工艺流程 (18)a. 预处理工艺 (19)b. 热处理工艺 (21)c. 后处理工艺 (22)四、煤气化灰渣资源化利用途径 (23)1. 建筑材料 (24)a. 灰渣混凝土 (25)b. 灰渣砖 (27)2. 陶瓷与耐火材料 (28)3. 化肥工业原料 (29)4. 路面基础材料 (31)5. 膨胀蛭石与硅酸钙绝热材料 (32)五、煤气化灰渣热处理资源化利用的挑战与对策 (34)1. 技术难题与瓶颈 (35)2. 成本控制与经济效益 (37)3. 政策支持与标准规范 (38)六、案例分析 (39)1. 国内外煤气化灰渣热处理资源化利用的成功案例 (40)2. 案例分析与经验借鉴 (40)七、展望与建议 (42)1. 技术创新与研发方向 (43)2. 政策引导与产业升级 (44)3. 企业合作与市场化运作 (45)八、结语 (47)1. 煤气化灰渣热处理资源化利用的前景展望 (48)2. 对未来研究的展望 (49)一、内容简述《煤气化灰渣热处理资源化利用》主要围绕煤气化过程中产生的灰渣的处理与资源化利用进行阐述。
此书内容深入剖析了煤气化灰渣的性质、成分及其处理现状，详细探讨了如何通过热处理技术实现灰渣的资源化利用。
书中不仅介绍了相关理论知识，还结合实践案例，展示了灰渣资源化利用的实际操作与效果。
通过对此书的阅读，我深感其在能源利用与环境保护之间的平衡中发挥了重要作用。
煤化工技术发展现状及其新型技术研究
煤化工技术发展现状及其新型技术研究摘要：煤化工技术是将煤作为原料进行加工转化的技术领域，其在能源利用和化工产品生产方面具有重要意义。
本文通过综述煤化工技术的发展现状及其新型技术研究，分析了其对于减缓气候变化、提升能源安全和促进经济可持续发展的潜力。
同时，文章还讨论了煤化工技术面临的挑战与机遇，并指出了未来煤化工技术研究的方向。
关键词：煤化工技术；发展现状；新型技术；研究引言：煤炭资源是中国重要的能源物质，而煤炭的高碳含量也使得其成为主要的温室气体排放来源之一。
因此，煤化工技术的研究和发展对于实现低碳经济转型、减缓气候变化具有重要意义。
当前，国内外学者和工程技术人员在煤化工技术领域开展了大量的研究工作，取得了一系列重要进展。
然而，仍存在许多关键技术难题尚待解决，需要我们持续努力进行深入研究和探索。
1煤化工技术相关内容1.1煤化工技术及煤化工新技术介绍煤化工是利用煤作为原料进行化学转化和加工的技术领域。
煤化工技术能够将煤转化为燃料、化工产品和材料等，为能源资源的综合利用提供了重要途径。
煤化工新技术是指基于传统煤化工技术的改进和创新，以实现更高效、低污染和可持续发展为目标。
1.2煤化工新技术的研究方向煤化工新技术的研究方向主要包括以下几个方面：(1)煤的气化技术：研究如何更有效地将煤转化为气体燃料或化工原料，提高气化反应的产率和选择性，减少能耗和环境污染。
(2)煤直接液化技术：研究如何通过催化剂的作用，将煤直接转化为液体燃料或化工产品，提高液化反应的效率和产物质量。
(3)煤间接液化技术：研究如何利用煤制备合成气，再通过催化剂的作用将合成气转化为液体燃料或化工原料，提高液化反应的选择性和适应性。
煤炭衍生材料的开发利用技术：研究如何将煤转化为高附加值的材料产品，如纤维素材料、碳材料等，拓宽煤的利用领域和价值。
1.3发展煤化工新技术的必要性发展煤化工新技术具有重要的战略意义和必要性。
首先，我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭资源储量大、分布广，具有巨大的经济潜力和战略价值。
大型煤气化技术的研究与发展
大型煤气化技术的研究与发展一、本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护压力的日益加大，煤气化技术作为一种高效、清洁的能源转换方式，正逐渐受到广泛关注。
大型煤气化技术作为煤气化领域的重要分支，其在提高能源利用效率、降低污染物排放以及推动煤炭行业可持续发展等方面具有显著优势。
本文旨在对大型煤气化技术的研究与发展进行全面综述，探讨其技术原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势。
文章将简要介绍煤气化技术的基本原理及其发展历程，阐述大型煤气化技术相较于传统煤气化技术的优势。
文章将重点分析大型煤气化技术的关键技术，包括气化炉设计、气化剂选择、气化过程优化等方面，以及这些技术在提高煤气化效率和降低污染物排放方面的作用。
接着，文章将探讨大型煤气化技术在不同领域的应用情况，如化工、电力、城市燃气等，并分析其在实际应用中的优缺点。
文章将展望大型煤气化技术的未来发展趋势，包括技术创新、产业升级以及环境友好型煤气化技术的研发等方面，以期为推动大型煤气化技术的进一步发展和应用提供参考。
二、大型煤气化技术的分类和原理大型煤气化技术是一种重要的能源转换技术，能够将煤炭、生物质等固体燃料转化为气体燃料，如合成气、煤气等。
这种技术广泛应用于化工、电力、钢铁等领域，是实现煤炭清洁高效利用的关键手段。
大型煤气化技术主要可以分为固定床气化、流化床气化、气流床气化以及熔融床气化等几类。
固定床气化是最早开发的气化技术，其主要原理是将煤块或焦炭置于气化炉内，由上至下逐步气化。
此过程中，煤块与气化剂（如氧气、水蒸气、二氧化碳等）发生反应，生成煤气。
固定床气化技术的主要优点是设备简单、操作稳定，但气化效率相对较低，且对于煤质要求较高。
流化床气化技术则通过引入气化剂使床层中的固体燃料呈流态化，从而增加气化反应的接触面积，提高气化效率。
流化床气化炉内温度分布均匀，对煤质要求较低，且能适应较大的煤粒度范围。
然而，流化床气化技术存在设备磨损严重、灰渣含碳量高等问题。
煤化工技术应用及研究进展 孙铁梁
煤化工技术应用及研究进展孙铁梁摘要：煤作为能源型国家战略性资源，煤化工技术的发展关系到国民生计、国家经济建设。
大力开发煤化工是民之所向，大势所趋。
近几年，在国家战略方针的推行下我国现代煤化工技术已基本形成雏形并部分已投入运行，具有一定的工业化规模。
今后我们应顺应趋势，加快煤化工大型化、精细化发展的步伐。
鉴于此，本文对煤化工技术的应用及研究进展进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：煤化工技术；应用；进展一、煤化工技术的发展现状分析依照不同种类煤化工的技术特点，可以将煤化工分为新型煤化工与传统煤化工两种。
传统型煤化学通常应用于钢铁冶炼与农业生产等领域。
传统型煤化工与新型煤化工的区别主要体现在生产过程中与销售对象条件上的差异，新型煤化工生产过程中可以同时得到甲醇、烯烃、油以及天然气等副产品。
在产品市场需求规模较大的情况下，使用市场供应比较丰富的褐煤为原料，可以起到提升经济效益的作用，使能源资源的供给有更加稳定的保障。
在我国社会经济高速发展的大背景下，新型煤化技术已经成为一项国家级战略储备技术，同时也是国家重点支持的能源产业。
当前我国新型煤化技术依照生产产品种类的不同可以分为煤液化技术、煤气化技术与炼焦技术三种。
炼焦技术指的是用于特定煤种的煤化技术，芳香族是相关产品主要的机质结构，周围连接官能团大分子与侧链，在高温干馏处理工艺下，大分子在热力作用下被分解，支链产生裂解。
分子在裂解的过程中由液态转变为气态，未裂解与高熔点的大分子则依然维持固态状态，在气状物质与固态物质相渗透的过程中形成胶体。
随着温度的不断升高，液态与气态逐渐消失，固体颗粒由于经历短时间的收缩与膨胀后，所产生的焦炭其内部会含有裂纹与气孔。
在高温环境下，炼焦煤产生结焦反应与热分解反应，进而得到煤气、煤焦油与焦炭等化工产品。
二、常见的煤化工技术1、煤气化技术一般在高温的作用下，煤炭和化学药剂两者之间容易产生反应，我们可以将固体煤炭转化为气体的形式。
国内粉煤气化工艺现状及研究进展
国内粉煤气化工艺现状及研究进展摘要简要总结了国内粉煤气化工艺的现状，重点介绍了国内流化床气化、气流床气化和复合粉煤气化中最具有代表性的工艺流程、优点、存在的问题和国内应用情况，最后展望了我国粉煤气化工艺的意义及发展趋势。
关键词粉煤气化流化床气流床复合我国是以煤炭为主要能源的国家，在众多的煤炭利用方式中，煤气化是最为清洁、高效的工艺，对保障国家能源安全、经济和社会可持续发展具有重大意义。
国内开采的动力煤中平均灰含量约23%，灰熔点在1400℃以上的煤炭约占50%以上。
在一些主要产煤矿区，总储量的20%~40%组煤均为高硫煤。
针对我国煤炭资源自身的特点决定了国内单一气化工艺无法满足我国煤气化市场的需求。
目前煤气化工艺根据原料形态的不同可分为块煤气化、粉煤气化和水煤浆气化等工艺。
块煤气化工艺存在煤种要求高、气化效率低、环境友好性差等缺点；水煤浆气化工艺虽然技术成熟，但对煤种要求比较高，而且该工艺多采用耐火砖使用寿命较短；而粉煤气化工艺具有更广的煤种适应性（可以气化褐煤）、耗能低、碳转化率高、水冷壁寿命长等技术优势，有更好的适用性和竞争力。
我国煤气化技术研发始于20世纪50年代末，虽然国内煤炭资源位于能源的主要地位，但在相当长的一段时间内没有将煤气化工艺的开发放在特别重要的位置。
国内在80年代初引进国外煤气化工艺，并为此支付了高额的工艺设备专利费，同时，随着石油的重质化、劣质化，国内对煤气化工艺的重视程度和需求与日俱增，国家给与煤气化工艺的支持力度也越来越大，国产化大型煤气化工艺和设备打破了国外在先进煤气化工艺的垄断，对国内煤气化、氮肥行业技术革新有重要的现实意义。
1 流化床粉煤气化工艺流化床粉煤气化工艺利用小粒度煤为原料，气化剂同时作为流化剂。
在气化过程中，气固相的接触面大，气化强度高、单炉处理能力大；炉内同时进行干馏及大分子有机物的裂解，使其洗涤水中没有焦油、酚等有机物质；运行比较可靠，负荷变化率较大[1]。
煤气化技术综述
煤气化技术综述1 恩德粉煤气化技术1．1 技术开发恩德粉煤气化技术是在常压温克勒气化技术基础上，经过多次技术改造而逐步发展起来的。
20世纪50年代，朝鲜咸竞北道恩德郡“七·七”化工厂，从前苏联引进两台温克勒气化炉。
60年代末，便对其存在的问题进行了一系列的改造：(1)取消了炉算，改为布风喷嘴向炉内送风，使煤粉得以充分流化，并解决了炉底结渣的问题；(2)在发生炉出口增设了旋风除尘返料装置，减少了气体带出物，提高了碳转化率；(3)将废热锅炉改设在旋风除尘器后面，减轻尘粒对锅炉炉管的磨损，大大延长了废热锅炉的使用寿命和检修期。
经过一系列的革新改造后，运转率可达90％以上，单炉生产能力也逐渐扩大，形成了独具特性的恩德粉煤气化技术。
1．2 技术特点(1)对煤种适应性较宽，可适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘煤。
对煤的活性和灰熔点有一定要求，对灰分、粒度等要求不高，同固定层炉相比，原料煤种已明显拓宽。
(2)碳转化率高。
炉出口的旋风分离器，可将煤气夹带和含碳颗粒分离出来，并返回气化炉再次气化，从而提高了碳的转化率，可达92％。
(3)气化强度大。
单炉产气量可达4×l04m3／h。
(4)自产蒸汽量大，每10 m3煤气可产5．5t蒸汽(P=0．6MPa)，80％自用，20％外送。
(5)极少产生焦油，煤气中焦油油渣等含量很低，净化系统简单，污染少。
1．3 技术指标(1)操作温度：要低于灰熔点80～120℃，一般为～950℃。
(2)操作压力：炉内压力～14kPa。
(3)气化剂，采用不同气化剂可产生不同组成的煤气。
表1—1 典型煤气组成(4)主要工艺参数①以褐煤为原料，4×10 m3／(h·台)气化炉，生产水煤气，其主要工艺数据见表1—2。
表1—2 主要工艺数据②以河南义马长焰煤为原料，生产的煤气，其主要工艺数据见表1—3。
表1—3 主要工艺数据1．4 技术经济(1)投资：以生产能力4 X 104m3／h炉型为例①气化部分约2 400万元②制氧部分(包括两套4 000m3／h变压吸附装置)约3 600万元，合计：6 000万元(2)煤气成本：以河南义马煤生产半水煤气，按现行价格估算约0．12～0．13元／m3。
煤炭资源的煤炭清洁利用技术
煤炭资源的煤炭清洁利用技术煤炭一直以来都是世界上主要的能源之一。
然而，煤炭的燃烧会产生大量的污染物和温室气体，对环境和人类健康带来了严重的影响。
为了减少煤炭燃烧对环境的负面影响，煤炭清洁利用技术应运而生。
本文将探讨煤炭资源的煤炭清洁利用技术以及其对环境和能源行业的重要意义。
一、煤炭清洁利用技术的概述随着环保意识的增强和能源结构调整的推进，煤炭清洁利用技术逐渐成为了能源领域的研究热点。
煤炭清洁利用技术主要包括煤气化、煤炭液化和煤炭气化等。
这些技术可以有效地降低煤炭的污染物排放，提高能源利用效率。
二、煤气化技术的应用与发展煤气化技术是通过将煤炭加热转化为可燃气体来实现煤炭清洁利用的一种技术。
在煤气化过程中，煤炭中的有机物质会被分解成气体，同时还能产生高温高压下的热力学反应。
煤气化技术的应用已经在煤炭化工、城市燃气供应和发电等领域得到了广泛推广。
三、煤炭液化技术的优势与挑战煤炭液化是指将煤炭转化为液体燃料的过程。
与传统的煤炭利用方式相比，煤炭液化技术具有很多优势。
首先，利用煤炭液化技术可以将煤炭的能量得到充分利用，提高能源利用效率。
其次，煤炭液化技术可以降低煤炭燃烧产生的污染物排放。
然而，煤炭液化技术也面临着一些挑战，如技术成本高、能耗大等问题，这些都需要通过持续的研究和改进来解决。
四、煤炭气化技术的发展前景煤炭气化技术是将固态煤炭转化为气态燃料的一种技术。
通过煤炭气化技术，可以将煤炭中的有机物质转化为合成气，进而生产合成燃料、化工原料等。
煤炭气化技术的发展前景非常广阔，可以有效地利用煤炭资源，减少燃煤排放对环境的影响。
五、煤炭清洁利用技术的重要意义煤炭清洁利用技术对环境和能源行业具有重要的意义。
首先，煤炭清洁利用技术可以有效地降低煤炭燃烧产生的污染物和温室气体排放，减少对大气、水体和土壤的污染。
其次，煤炭清洁利用技术可以提高煤炭资源的利用效率，促进能源结构的调整与优化。
最后，煤炭清洁利用技术的研发和推广可以推动我国能源技术和煤炭产业的转型升级，提高国家能源的安全性和可持续性。
现代煤气化技术发展趋势及应用综述
2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·653·化工进展现代煤气化技术发展趋势及应用综述汪寿建（中国化学工程集团公司，北京 100007）摘要：现代煤气化技术是现代煤化工装置中的重要一环，涉及整个煤化工装置的正常运行。
本文分别介绍了中国市场各种现代煤气化工艺应用现状，叙述汇总了其工艺特点、应用参数、市场数据等。
包括第一类气流床加压气化工艺，又可分为干法煤粉加压气化工艺和湿法水煤浆加压气化工艺。
干法气化代表性工艺包括Shell炉干煤粉气化、GSP炉干煤粉气化、HT-LZ航天炉干煤粉气化、五环炉（宁煤炉）干煤粉气化、二段加压气流床粉煤气化、科林炉（CCG）干煤粉气化、东方炉干煤粉气化。
湿法气化代表性工艺包括 GE水煤浆加压气化、四喷嘴水煤浆加压气化、多元料浆加压气化、熔渣-非熔渣分级加压气化（改进型为清华炉）、E-gas(Destec)水煤浆气化。
第二类流化床粉煤加压气化工艺，主要有代表性工艺包括U-gas灰熔聚流化床粉煤气化、SES褐煤流化床气化、灰熔聚常压气化（CAGG）。
第三类固定床碎煤加压气化，主要有代表性工艺包括鲁奇褐煤加压气化、碎煤移动床加压气化和BGL碎煤加压气化等。
文章指出应认识到煤气化技术的重要性，把引进国外先进煤气化技术理念与具有自主知识产权的现代煤化工气化技术有机结合起来。
关键词：煤气化；市场应用；气化特点；参数数据分析中图分类号：TQ 536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）03–0653–12DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.001Development and applicatin of modern coal gasification technologyWANG Shoujian（China National Chemical Engineering Group Corporation，Beijing100007，China）Abstract：Modern coal gasification technology is an important part of modern coal chemical industrial plants，involving stable operation of the entire coal plant. This paper introduces application of modern coal gasification technologies in China，summarizes characteristics of gasification processes，application parameters，market data，etc. The first class gasification technology is entrained-bed gasification process，which can be divided into dry pulverized coal pressurized gasification and wet coal-water slurry pressurized gasification. The typical dry pulverized coal pressurized gasification technologies include Shell Gasifier，GSP Gasifier，HT-LZ Gasifier，WHG (Ning Mei) Gasifier，Two-stage Gasifier，CHOREN CCG Gasifier，SE Gasifier. The typical wet coal-water slurry pressurized gasification technologies include GE (Texaco) Gasifier，coal-water slurry gasifier with opposed multi-burners，Multi-component Slurry Gasifier，Non-slag/slag Gasifier (modified as Tsinghua Gasifier)，E-gas (Destec) Gasifier. The second class gasification technology is fluidized-bed coal gasification process. The typical fluidized-bed coal gasification technologies include U-gas Gasifier，SES Lignite Gasifier，CAGG Gasifier. The third class gasification technology is fixed-bed coal gasification process. The typical fixed-bed coal gasification technologies include Lurgi Lignite收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-12-17。
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《东北电力技术》1996年第12期煤气化技术的研究与进展东北电力学院(132012) 张化巧 姜秀民 张靖波 孙键摘 要 文中回顾了煤气化技术的产生及发展过程,阐述了它的应用前景,详细介绍了煤气化技术的发展现状及存在的问题,同时也包括我国学者在这方面的贡献,指出了目前尚待解决的问题和发展方向,最后说明了我国开发这方面研究工作的重要意议。
关键词 煤气化 煤气化技术 流化床1 煤气化技术的产生及应用1.1 煤气化技术的产生煤气化是用气化剂将煤及其干馏产物中的有机物最大限度地转变为煤气的过程。
早在18世纪末期,人们就由煤中获得了煤气,19世纪初形成煤气生产的产业部门。
煤的制气技术从19世纪中叶得到发展,20世纪20年代,出现了煤的多种气化工艺。
1922年,常压流化床粉煤气化的温克勒炉获德国专利,1926年投产。
后来德国又作了增加二次风等方面的改进,提高反应温度和反应空间,并称之为高温温克勒炉。
1955年,第一台加压固定床鲁奇气化炉在德国投产。
1940年,奥地利建成了第一台焦化与气化相结合的两段炉。
1939～1944年期间,第一台常压气化气流床研制成功。
40年代后期,美国开发出气流床气化的德士古气化炉。
20世纪中期,由于丰富的天然气资源通过公用的管线输送广泛地分配到各处,这样由煤所生产的煤气量逐渐减少,一些已建成的煤气化炉也纷纷停产,煤气化技术的发展受到抑制。
20世纪70年代中期,由于注意到石油和天然气储量的日益减少,人们又对煤的气化产生了强烈的兴趣。
70年代初,美国又开发出U-G AS气化炉。
此外,比较成功的煤气化方法还有西屋法、D ow法,Shell法等。
我国自80年代起开始这一领域的研究工作,发表了许多文献。
中科院煤化所于80年代初开始的灰熔聚法流化床气化的研究,目前已进入半工业化试验阶段。
1.2 气化产物的用途煤气化是将煤中可燃物完全转化为气体产物,这些气体产物的潜在用途是:a. 生产天然气的代用品;b. 用作以后生产乙醇、汽油、塑料等的合成气;c. 用作发电的气体燃料;d. 用作生产工业蒸汽和工业用热的气体燃料。
2 煤气化技术研究现状及存在的问题 煤气化技术已广泛用于制取各种气体燃料,满足工业生产的要求。
煤气化方法有多种,相应的气化炉也有多种。
根据原料在气化炉内的状态可分成固定床、流化床及气流床三种形式。
为了验证气化器的整体特性,解释测量结果,确认重要的试验变量,识别控制速率的过程,确定需进一步研究的问题,帮助按比例放大工作,加强反应器的模化等原因,在物理、化学定律和实验观察的基础上建立了煤反应综合模型。
综合模型的各个分部模型进展情况及存在的问题包括:2.1 湍流流体力学通用化的多维煤反应模型需要有一个对带回流的气相湍流场的描述,流体力学模型全都是基于S palding及其合作者的气相系统计算方法。
为使方程组封闭,采用了Boussinesq梯度假设,靠Prandtl-K olm og orov关系式建立了旋涡粘度与湍流动能(K)及其衰减速率(ε)的联系,然后从模型化的输运方程解出这两个变量。
G osman等、Smith 和Sm oot、S palding及Mellor和Herring验证了这一方法并指出了其使用上的限制。
这一方法还不能精确地模拟发生在钝体后的回流,用于载有颗粒物料的气体运动也是有问题的。
但这种方法仍然是目前在煤反应模型中用得最多的一种。
2.2 气相湍流燃烧描述煤反应过程的多维模型采用了多种处理气相湍流燃烧的方法。
这些方法从局部气相平衡变化到有选择的关键反应的总体动力学计算以及对其它反应的部分平衡计算。
为更好地模拟气相湍流燃烧过程,近来的研究过程中引入了局部平衡的计算,并认为局部区域内燃料-氧化剂混合比例按统计规律变化。
但是由于对煤反应过程中产生的气相产物、湍流的影响以及暂态速率等的了解还不确切,这种模型还没有充分与动力学计算联系起来。
2.3 颗粒弥散大尺寸的反应器中有许多大的回流区,进口旋流对颗粒运动也有很大的影响。
气体分子总是趋于局部平衡的,然而,由于每一颗粒自身运动过程不同,引起当地颗粒的特性也不一样。
因此,掌握颗粒运动的影响成为一个重要的问题。
湍流对颗粒运动也有重要影响。
对均相混合物中湍流的处理仍缺乏严格的理论推导,而主要依赖于经验。
在模型中增加的湍流扩散相,带来了由于流体与颗粒相之间相互作用所引起的新的未解决的问题。
由于缺乏对这一物理现象细节的了解,还不能写出控制方程的通用表达式。
在模型中,当颗粒与气体扩散速率不同时,采用两种不同处理方法。
第一种方法对颗粒相的处理类似于对气相的处理。
对各个不同尺寸的颗粒进行分组,然后引入其运动过程的影响。
对一定的煤颗粒尺寸组给出其特性(如尺寸、温度等)。
对每一颗粒组可写出具有源项和汇项的欧拉方程,颗粒可以从一组转入到另一组。
第二条方法是沿着流场来考察颗粒。
沿每一个颗粒的轨迹,颗粒的固体特性连续变化。
气体与固体的相互作用通过在气相欧拉方程中加入一源项来考虑,该源项由颗粒运动的计算得到。
这种拉格朗日方法需要较少的计算机内存,但在处理气体湍流的颗粒运动的影响以及得到的平均颗粒特性与测量值进行比较等方面存在问题。
分析湍流场中颗粒运动的可靠方法必须依靠实验数据,而这种数据也是有限的。
气体和颗粒在冷态流场和反应流中颗粒平均扩散的实验数据,说明了流动参数,特别是旋转运动对颗粒扩散速率的影响,同时也表明在实验系统中,固体颗粒扩散速率比气体扩散慢得多。
这些数据为评价颗粒扩散模型提供了比较的基础。
2.4 煤的热解煤反应包括颗粒在快速加热时气态挥发分和焦油的析出,以及残留碳与氧、水蒸气、二氧化碳或氢的非均相反应。
这两个过程通常是相继发生的,但在某些条件下也会同时进行。
杨允明等研究了煤在固定床反应器中加压热解过程。
最近在煤燃烧和气化研究过程中,氮的释放受到了特别的重视。
黄克权等对固定床中氮压力下的非等温热解过程进行了研究。
在煤的消耗过程中,氮大约以与煤消耗相同的速率离开煤,并且看来与其它参数(如煤的种类、反应器型式、反应过程等)无关。
更细致的研究表明,氮的释放对温度的敏感性比碳稍强,因此在低温下氮的释放较碳慢,而在高温下则较碳快。
对于煤热解产物的定量描述仍是非常困难的。
大部分模型中关于挥发分的处理均以下述假定为基础。
炭骸的成分是给定的,挥发分的元素组成由原煤的元素分析及物质平衡来确定,通过局部平衡计算给出详细的气体成分和温度;挥发分成分以热解实验中挥发分产物的实验结果为基础,产物最终在气相中以速率控制过程消耗掉。
当煤颗粒消耗时,可以用C、H、O、N和 S从煤中释放的速率对煤中挥发分变化的预测作出评价。
其它文献还报导了考虑挥发分扩散、裂解形成烟炱以及压力影响的方法。
最近一些研究将热解速率和原煤的结构联系起来,并显示了很好的前景,但也存在不少问题,包括较高的加热速率和较小的颗粒对产物形成的影响,以及在大尺寸反应器中的热解过程与小的实验装置中所得的结果的关系等。
进一步还应研究热解过程中产生的炭骸的特性,包括孔的结构,尺寸、形状和反应性等。
从煤中释放出来某特定气相成分的数据对污染物形成的模拟可能是重要的,然而由于反应速率的不确定性和湍流动力学处理上的困难,这些数据不易放到通用化的模型中去。
2.5 碳的非均相反应碳颗粒的燃烧时间是煤反应过程中非常重要的一部分,这一时间尺度较湍流时间尺度要大得多。
由于炭结构的变化和多种反应物(O2、H2O、CO2、H2)的影响;这一过程的模拟强烈地依赖于在特定试验工况下,特定煤种的实验数据。
在煤反应模型中,对碳反应最常用的处理方法是以相关的气相扩散和表面反应过程为基础的,反应速率数据以阿累尼乌斯形式表示,并采用了收缩核心或等直径的模拟方式,对考虑灰层扩散、考虑碳以外的其它元素、表面氧化反应产物是一氧化碳还是二氧化碳以及炭中矿物质的催化效应等问题作了尝试。
王同华等研究了褐煤快速热解半焦的气化特性。
目前,正在通过碳和煤的真实反应速率数据以及炭结构模型来考虑煤的基本结构、反应性、孔隙度和内孔扩散对反应的影响。
Smith综述了不同炭的真实反应速率数据,但到目前为止,反应速率被认为是与煤的种类有关的,部分原因是炭的结构及煤所含的杂质不同。
Fins on 等通过对内孔结构和孔隙扩散的考虑,以真实反应速率为基础,模化了炭的气化过程。
2.6 辐射反应器中主要的气相辐射物质是CO2和H2O,其辐射数据总的来说是令人满意的。
其它气体组分,如CO、SO2和NO,由于浓度低通常是次要的。
局部气体温度和组分的不确定性通常较辐射数据的问题大。
反应系统中的颗粒辐射来自于碳、灰和烟炱三个部分。
必要的数据包括:颗粒温度、尺寸分布、折射指数及浓度。
目前已有了一些关于烟炱和碳粒折射指数的数据,但在烟炱的尺寸和浓度方面仍有很大问题。
最近的辐射模型已将注意力放在通量法上。
2.7 污染物的生成煤反应过程中生成的污染物包括:氧化硫、氧化氮、HCN、NH3、H2S、CO、挥发性灰分、可能有害的碳氢化合物及粒度范围很宽的颗粒。
通过对反应过程的控制来降低氧化氮的方法已经进行了示范,并且确定了煤中的氮,特别是热解过程中释放的氮的重要性,给出了氮从煤中释放的速率数据。
同时还测定了湍流煤粉反应过程中NO、HCN、和NH3的局部生成速率。
目前,还没有一个模型包括污染物的生成过程。
由于气相反应动力学(如NO x生成)的重要性以及在湍流系统中缺乏满意的反应理论,开发描述煤反应过程中污染物生成的各种方法是一个重要但还很不现实的目标。
2.8 灰/渣的生成灰/渣由煤反应后剩余的矿物质组成。
煤中的灰分是由相当数量的某些元素和一些微量元素组成,Sarofim等讨论了由粉煤燃烧得到的灰分的颗粒尺寸问题,并且指出,某些灰的组分是更高温度条件下的挥发分。
张振桴等对不同气氛下煤灰的熔聚行为进行了研究。
反应过程中生成的灰/渣在反应器壁面上形成覆盖物,减少了传热数量,腐蚀了壁面。
此外,灰分也能对非均相反应起催化作用。
在现有的煤反应模型中都没有包括灰/渣生成过程模型。
灰/渣的生成是煤反应综合模型的一部分,还需要进行大量的研究工作。
3 煤气化技术的发展趋势 模拟煤反应过程的综合模型包含着许多物理、化学过程,这些过程还不完全清楚。
正是由于缺乏关于这些基本过程的了解,才必须把数学模拟方法和有效的实验数据结合起来。
煤气化技术是世界各国都在努力研究和开发的课题之一,在今后的一段时间内将在以下几个方面进行大量的研究工作。
在气化方法和气化炉选择上:a. 提高造气压力,加压气化能提高气化强度,节省动力,便于长距离输送;b. 增大气化炉直径和容积,提高单炉产气量;c. 扩大煤种适应范围,特别是发展劣质煤和粉煤造气;d. 把生产廉价、低热值煤气与发电相结合,发展燃气轮机和蒸汽轮机复合循环发电;e. 利用核能制气,扩大能源,提高煤利用率;f. 开发煤的催化气化,便于在加压和较低温度下生产含甲烷多的城市煤气和天然气代用品。