气流床气化炉内颗粒停留时间分布
运用马尔科夫链模拟气化炉停留时间分布
摘 要 ： 将 连 续 时 间 马 尔 科 夫 链 与 多 级全 混 流 串联 模 型 结 合 建 立 停 留时 间分 布 数 学 模 型 。通 过 对 气 化 炉 流
场 的 认 识 ， 将 气化 炉 划分 为 几 个 区域 状 态 ，组 成 马 尔科 夫 链 状 态 转 移 图 ，用 多 级 全 混 流 模 型 表 示 该 各 个 区 域 的混 合 程 度 。通 过 对 两种 气 化 炉 停 留时 间 分 布 的模 拟 和实 验 值 进 行 对 比 ，结 果 比 较 吻合 ，表 明 该 模 型 模 拟 气化 炉停 留 时 间分 布是 可 行 的 。
气化 炉反应 器 的停 留时 间分布 是气 化炉反 应器 的重 要性能 之 一。通 过对 气化 炉 流场 的认识 ，用 马
尔科夫 链模 拟停 留时 间分 布往 往能够 得 到很好 的效果 。戎顺 熙［ 和 Ａｂ ａ ａ Ｔ ｍｉ等 ［ ］ １ ３ ｒｈ ｍ ａ ｒ ２ 分别 提 出 了 。
一
Ｔ ｘｃ） ｅ ａ ｏ ，Ｇｌｂ ｌ — ａ ｏ ａ Ｅ Ｇ ｓ气 化 炉 ，以 干 粉 煤 为 原 料 的 Ｓ ｅｌ ｒｎｌ ，Ｎｏ ｌ 及 Ｅ ｇｅ气 化 炉。美 国 ｈｌ ，Ｐ ｅ ｆ ｏ ｅｌ ａｌ
Ｔ ｘ ｃ 公 司开发 的水 煤 浆气 化工 艺是 将煤 加 水磨 成 水煤 浆 ，用 纯 氧作 气 化 剂 ，在 高 温高 压 下进 行 气 ｅａｏ
收稿 日期 ：２ ０—９０ ；修 订 日期 ：２ ０—１１ ０ ５０ —５ ０ ６０ —６ 作 者 简 介 ：许 寿 泽 （９ ２ ） １ ８ － ，男 ，硕 士 研 究 生 ；于 广 锁 （ ９０ ） １ ７ － ，男 ．教 授 ，通 讯 联 系 人 。 Ｅｍａ ：ｓｕ ｅｕｔｅ ｕ ｃ — ｉ ｇｙ ＠ ｃｓ．ｄ ．ｎ ｌ 基 金项 目 ：国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 基 金 项 目 （０ ３ ２ ０ ＡＡ５ ０ ０ ；上 海 市 启 明 星 计 划 基 金 项 目 （３ １ Ｏ ） ２２） Ｏ ＱＦ ４ ｌ ３
典型气流床煤气化炉气化过程的建模
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2426·化 工 进 展典型气流床煤气化炉气化过程的建模东赫1，刘金昌1,2，解强1，党钾涛1 ，王新1（1中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083；2九州大学电子和材料应用科学系，日本 福冈春日 816-8580 ）摘要：利用Aspen Plus 、基于热力学平衡模型对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。
根据煤颗粒热转化的历程，将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段，利用David Merrick 模型计算热解过程，采用Beath 模型校正压力对热解过程的影响，选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应，编制Fortran 程序计算半焦裂解产物收率，最后基于Gibbs 自由能最小化方法计算气化反应。
结果表明，采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合，对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H 2）体积分数模拟结果的误差均不超过2%，建立模型的可靠性得到验证。
关键词：气流床气化炉；热力学平衡模型；Aspen Plus中图分类号：TQ 546 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2426–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.19Modeling of coal gasification reaction in typical entrained-flow coalgasifiersDONG He 1，LIU Jinchang 1，2，XIE Qiang 1，DANG Jiatao 1，WANG Xin 1（1School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2Department of Applied Science for Electronics and Materials ，Kyushu University ，6-1 Kasuga-Koen ，Kasuga ，Fukuoka 816-8580，Japan ）Abstract ：This paper presents a modeling method for the coal gasification process proceeding in GSP pulverized coal gasification ，GE coal-water slurry gasification and Opposed Multiple-Burner gasification based on the thermodynamic equilibrium with the aid of Aspen Plus. In the light of thermal conversion procedure of fine coal particles ，the coal gasification was interpreted as consisting of four stages including pyrolysis ，volatile combustion ，char decomposition and gasification reaction. Then ，the pyrolysis stage was calculated by the David Merrick model and the effect of pressure on the coal pyrolysis was corrected by means of Beath model. The volatile combustion stage was simulated by using Rstoic reactor and the yield of char decomposition products was calculated via compiling Fortran program. And finally ，the gasification reaction stage was simulated based on the Gibbs free energy minimization. The results revealed that the simulated values from the developed simulation model of gasification processes were in good consistent with the industrial field data. The deviation of simulated results of volume fraction of the effective gas (CO+H 2) of these three typical entrained-flow gasifiers were all less than 2%，which can validate the reliability of the coal gasification model.第一作者：东赫（1991—），女，硕士研究生。
气化填空题
煤浆制备填空题（题目）1、影响煤浆粘度的因素：（添加剂用量）（煤浆粒度分布）（煤浆浓度）。
（题目完毕）（题目）2、PID图中FG表示（流量计）。
（题目完毕）（题目）3、煤浆制备厂房共有（六层）层。
（题目完毕）（题目）4、磨煤机的位号为（M6101A/B/C）。
（题目完毕）（题目）5、影响煤浆浓度的因素：（添加剂用量）（煤内水含量）（粒度分布）。
（题目完毕）（题目）6、棒磨机直径（3.8m )，筒体长度（5.8m），钢棒材质（65Mn）。
（题目完毕）（题目）7、磨机是一种（湿式溢流）型、外结构由（筒体）、（进料口）、（出料口）、主轴、大齿轮、小齿轮、联轴器、盘车器、电机、稀油站、气动离合器。
（题目完毕）（题目）8、德士古推荐的水煤浆浓度为（60%-65%）。
（题目完毕）（题目）9、煤浆循环管线设置冲洗水管线的作用是（在气化炉投料后冲洗留在煤浆循环管线内的煤浆）。
（题目完毕）（题目）10、煤称量给料机位号是（W6101），安装在（煤浆制备三层）。
（题目完毕）（题目）11、冲洗水泵的位号（P6105A/B）。
（题目完毕）（题目）12、甲醇的化学式是（CH3OH）。
（题目完毕）（题目）13、煤浆制备分（三）个区域。
（题目完毕）（题目）14、事故氮气压缩机的位号为（C6101A/B）。
（题目完毕）（题目）15、磨煤机的规格（Ф3.8×5.8 ）。
（题目完毕）（题目）16、事故氮气压缩机包括（四）级气缸。
（题目完毕）（题目）17、衡量流体粘性大小的物理量称为（黏度）。
（题目完毕）（题目）18、可磨指数是指原煤在研磨过程中对煤质（耐磨强度大小）的一种度量。
（题目完毕）（题目）19、添加剂的作用是改善水煤浆的（流动性）和（稳定性）。
（题目完毕）（题目）20、研磨水槽位号为（V6105），其安装在(压滤机厂房一层)。
（题目完毕）（题目）21、低压煤浆泵输送的煤浆经（煤浆给料分流器（V6111））分流进入煤浆槽。
气化炉
1）喷流床气化炉它是一种高温、高压煤粉气化炉，气化炉的压力为20-60bar，要求采用90%以上的颗粒小于100μm的煤粉，采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂，当以氧为气化剂时，气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000℃。
由于是高温气化，在产生的粗煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质，煤气的主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400℃，往往高于灰的软化温度。
为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备（余热锅炉）粘结堵塞，将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤气混合，将热煤气的温度降低到比灰的软化温度低50℃，然后，热煤气再经过气化炉的余热锅炉（辐射和对流蒸汽发生顺）产生饱和蒸汽，同时使热煤气的温度降低到200℃左右，约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池。
煤粉灰中的以飞灰的形式随热煤气，帮煤气须经除尘、洗涤脱硫处理，成为清洁的煤气，再送往燃烧室。
喷流床气化炉由于是煤粉高温高压气化，因此煤种适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。
2）流化床气化炉流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质，使整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。
同时，可以利用流化床低温燃烧，在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石或白云石），将产生的大部分SO2和H2S脱除。
由于流化床气化炉内的反应温度一般控制在850－1000℃，因此，它产生的焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双原子或三原子气体，煤气的主要成本是CO和H2，CH4的含量一般少于2%。
当前，用于IGCC系统的流化床气化炉有KRW炉，U－Gas炉和温克勒炉等。
3）固定床气化炉固定床气化炉是最早开发出的气化炉，它和燃煤的层燃炉类似，炉子下部为炉排，用以支承上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
Shell煤气化技术综述_宋超
Shell 煤气化技术综述宋超（江苏中能硅业科技发展有限公司江苏徐州２２１０００）一、概述Ｓｈｅｌｌ煤气化技术是在原Ｋ－Ｔ气流床煤气化技术的基础上改进而来。
将粒度为１００目、水分＜１０％的煤粉，纯度为＞９９％的氧气和水蒸气在喷嘴处混合进入煤气化炉进行气化反应，炉内的气化压力为２．０～４．０ＭＰａ，温度为１４００～１６００℃，气化生成的有效煤气成分含量为９０％～９４％，碳的转化率约为９９％（飞灰再循环的条件下）。
二、Shell 煤气化反应原理Ｓｈｅｌｌ煤气化反应原理与Ｋ－Ｔ常压粉煤气化相同，是以干煤粉作为原料，氧气和水蒸气作为气化剂在气流床内进行的气－固两相流态化反应。
干煤粉由氮气或二氧化碳吹入气化炉，气化炉内的气化反应温度很高，在有氧存在的条件下，以燃烧反应为主，在氧气反应完成后进入气化反应阶段，物料在炉内的停留时间一般为３～１０ｓ，气化反应很快就达到平衡。
气化产生的粗煤气经粗煤气冷却器冷却后，最终形成以ＣＯ、Ｈ２为主的煤气。
反应中产生的煤灰熔化后以液态的形式排出气化反应炉。
带粗煤气冷却器（废热锅炉）流程的特点如下：１．结构复杂，昂贵。
１台废锅，如２０００ｔ／ｄ要多１个亿的投资。
２．若用于化工，则后续的调比过程需要大量蒸汽，废锅产生的蒸汽约６０－７０％用于调比，真正能量回收的好处不大，用高投资的废锅而取得的效益不大。
三、原料要求Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺对煤种有广泛的适应性，由于采用粉煤进料和高温、加压气化，故对煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等要求不是十分严格，但从技术角度考虑仍有一定要求。
水分（收到基水分）：褐煤６％～１０％，其它１％～６％，灰分干基＜２４％，灰熔点ＦＴ＜１３５０℃，粒度＜０．１５ｍｍ的＞９０％。
１．煤的灰熔点是加压干粉气化选择原料的主要条件，一般选择灰熔融流动温度ＦＴ在１４００℃以下的烟煤，ＦＴ超过１５００℃的煤不宜采用。
２．煤的活性要好，一般以烟煤和褐煤为主。
３．灰渣的粘温特性碱性组分含量高，一般碱／酸应大于０．３。
煤制合成气技术比较
煤制合成气技术比较煤制合成气技术比较Texaco水煤浆气化、Shell粉煤加压气化和GSP气化技术都是典型的洁净煤气化技术，各有特点，各企业在改造或新建时应根据煤种、灰熔点、装置规模、产品链设定和投资情况进行合理选择。
下面就上述气化技术及其选择和使用情况进行分析和评价，供大家参考。
1、Shell气流床加压粉煤气化该工艺在国外还没有用于化肥生产的成功范例。
中石化巴陵分公司是第一家引进该技术用于化肥原料生产的厂家。
到目前为止，国内已先后有18家企业引进了此项技术(装置)。
但该工艺选择的是废锅流程，由于合成原料气含有的蒸汽较少，3.0MPa下仅为14％；因此用于生产合成氨后续变换工序要补充大量的水蒸气，用于甲醇生产也要补充一部分水蒸气于变换工序，工艺复杂，也使系统能量利用不合理。
湖北双环科技股份有限公司是第一家正式投运的厂家，于2006年5月开始试车。
据反映，试车期间曾发生烧嘴处水冷壁烧漏，输煤系统不畅引发氧煤比失调、炉温超温，渣口处水冷壁管严重腐蚀，水冷液管内异物堵塞和烧嘴保护罩烧坏等问题。
引进该技术的项目投资大。
2006年5月贵州天福与Shell签约，气化岛规模为每小时17.05万m3CO+H2，投资9.7亿元人民币，为同规模水煤浆气化岛投资的1.8倍。
气化装置设备结构复杂，制造周期长。
气化炉、导管、废锅内件定点西班牙、印度制造，加工周期14～18个月，海运3个月；压力壳可国内制造，但材料仍需进口，周期也较长；设备、仪表、材料的国产化率与水煤浆气化相比差距比较大。
建厂时间长(3～5a)，将使企业还贷周期长，财务负担加重。
2001年与Shell签约的中石化巴陵分公司、湖北双环、柳州化工股份有限公司只有双环于2006年5月试车；2003年与Shell签约的中石化湖北化肥分公司、中石化安庆分公司、云天化集团公司、云维集团沾化分公司只有安庆于2006年10月开始煮炉。
Shell气化装置没有化工生产成熟应用为依托，消化掌握需要经历较长时间。
多喷嘴对置式气化炉内颗粒停留时间分布数学模拟研究
中图分类号 ：Ｔ ４ ；Ｔ ４ ；０ ４ ． Ｑ５ ５ Ｑ５ ６ ２ ２１ 文献标识码：Ａ
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆＰａ ｔｃｅＲｅ ｉ ｎｃ ｍ ｅＤｉｔ ｉ ｔｏ ｎ Ｏ Ｍ Ｂ ｓｆｅ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉ ｌ ｓｄｅ ｅＴｉ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｉ Ｇａ ｉ ｒ ｉ
ＬＩＣｈ ｏ， ＤＡＩＺｈ ｎ － ｕ ， ＸＵ ｉｎ ｌａ ｇ ＹＵ ａ ｇ－Ｕ ， Ｗ ＡＮＧ ｕ－ｈ ｎ ａ ｅ ｇｈ ａ Ｊａ －ｉｎ ， Ｇｕ ｎ Ｓ Ｏ Ｆ ｃｅ
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ｗｅ１ ｌ．Ｔｈ ｅ ｕｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｐａｔｃｅ ｍ ｅ ｎ ｒ ｓｄ ｎｃ ｉ ｉｃ ｅ ｓ ｓ ｆｒｔｙ ｎ ｈ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗ ｉ ｅ ｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｗ ｔｔ ｒｉｌ ｓ ｈ ｈ ａ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｍｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｓｌ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｒ ａｅ ｔ ｔ ｉ ｈ ｈ
煤化工工艺试卷 2
一、填空题1、由于成煤植物和生长条件不同，煤一般可以分为三大类：（）、（）、（）。
2、护炉设备主要包括（）、（）、（）、弹簧、炉门框、抵抗强及机焦侧操作台等。
3、煤气输送所用的鼓风机主要有两种，一种为（），一种为（）。
4、粗苯加氢精制法根据操作条件不同可以分为( )、（）和（）。
5、煤焦油初步脱水一般采用（）。
6、甲醇合成工艺流程有多种，其发展过程和（）的应用和（）技术的发展是密不可分的。
7、煤或焦在高温下，与气化剂反应转化为（）、（）等可燃性气体的过程，称为煤得气化。
8、煤化工废气治理目前采用的主要方法有（）和（）。
9、汽油的蒸发性有（）、（）、和气液比三个指标综合评定。
二、选择题1、成煤过程的正确顺序为（）A 植物→泥炭→烟煤→褐煤→无烟煤B植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤C 植物→泥炭→烟煤→无烟煤→褐煤D植物→烟煤→泥炭→褐煤→无烟煤2、根据煤化程度的不同，腐殖煤可以分为（）A 泥炭、褐煤、长焰煤和无烟煤B泥炭、肥煤、烟煤和无烟煤C泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤D贫煤、褐煤、烟煤和无烟煤3、下列不属于焦炉机械的是（）A 倒焦槽B 装煤车C 推焦车D 熄焦车4、从平煤杆进入炭化室到推焦杆开始推焦的一段时间间隔为（）A 结焦时间B 操作时间C 检修时间D周转时间5、下列哪一项不属于煤气低温甲醇洗脱硫工艺的缺点（）A 甲醇有毒，对设备、管道、阀门等的密封性要求较严B 由于操作温度低，需要耐低温的钢材C 甲醇易挥发，溶剂蒸发损失较大D 工艺路线较长，能耗大6、下列哪一项不属于焦炉煤气回收氨的方法（）A 硫酸洗氨法B盐酸洗氨法 C 水洗氨法D磷酸洗氨法7、苯加氢的原料是（）A 甲苯B 二甲苯C 氢苯D 重苯8、下列哪一项不属于焦化厂采用的洗苯塔主要类型（）A 填料塔B 板式塔C 浮阀塔D 空喷塔9、在焦油蒸馏的馏分中洗油馏分的馏分段为（）A 175~210℃B 210~230℃C240~350℃ D 220~300℃10、下列那一项不属于区域熔融制精萘的工艺特点（）A 易引起设备腐蚀，环境污染严重B 为连续生产，产品质量高而稳定C 精萘收率低D 操作条件要求严格11、下列不属于甲醇生产的发展趋势的是（）A 单系列、大型化B 节能降耗C 高新技术D 过程控制自动化12、不属于煤气化过程阶段的为（）A 干燥阶段B 软化C 气化D 燃烧13、不属于煤炭直接加氢液化阶段的是（）A 煤的热解B 活性基团与氢反应C 煤的干燥D 沥青烯及液化油分子继续加氢裂化生成更小分子三、判断题1、连接蓄热室和燃烧室的通道称为小烟道，它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间。
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离开床层。典型的气流床气化技术有Ｔｅｘａｃｏ水煤 浆气化技术、Ｓｈｅｌｌ粉煤气化技术和华东理工大学 开发的多喷嘴对置式水煤浆气化技术。
目前对气固两相流停留时间的研究主要集中于 循环流化床和固定床内颗粒停留时间分布。如 Ｈａｒｒｉｓ等口１１采用磷光示踪法系统研究了循环流化 床内颗粒停留时间分布，Ｂａｒｙｓｈｅｖａ等¨ｏ采用光学
化学示踪法口¨、放射物质示踪法［１ ２１、颗粒提取 法［１ ３｜、荧光法［１４１和着色示踪法［１５１等。本实验采用 化学示踪法对气化炉内颗粒停留时间进行研究。
颗粒停留时间测量的准确性主要受示踪剂种 类、示踪剂加入方式和数据采集三方面的影响。本 实验使用的示踪剂是经饱和氯化钾溶液充分浸泡 （经过滤和干燥处理）的玻璃微珠颗粒，因此示踪 剂和实验颗粒具有相同的物理性质；采用精密的电
万方数据
‘５６·
化
工
５４ ·
·
化
工
学
报
第５９卷
法研究了固定床内颗粒运动轨迹和逗留时间。对气 流床内颗粒停留时间分布的研究开展得很少，目前 的研究主要集中于气相系统，如于遵宏等睁６３研究 了Ｔｅｘａｃｏ气化炉内气相停留时间分布，赵铁均‘７］ 采用氢气脉冲法研究了多喷嘴气化炉内气体停留时 间分布，许寿泽等口。９１采用马尔可夫链模拟了多喷 嘴对置式气化炉中气体停留时间分布。由于炉内流 体属气固多相流体系，气相的停留时问分布和混合 行为不能反映颗粒在气化炉内的停留时间分布及其 混合行为。而在工业运用中，煤粉颗粒的停留时间 对碳转化率和合成气组成具有十分重要的意义口…。 为此，本文采用一种合适的实验方法，对气流床气 化炉内颗粒停留时间分布进行研究。
２ 结果与讨论
２．１实验方法可行性研究 气固两相流中固体颗粒停留时间的测量是一个
比较困难的问题，特别是对于颗粒逗留时间短的气 流床气化炉系统。目前颗粒停留时间的测量方法有
图１气化炉结构图
Ｆｉｇ．１ Ｇａｓｉｆｉｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
图２实验流程图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
ｏ，Ｓｃｉｅ”ｃＰ ｎ”矗＿『Ｐｃ＾竹ｏ￡ｏｇ了，Ｓ＾口行ｇ＾豇ｉ ２００２３７，Ｃ＾西２Ⅱ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ 出ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｅｗ ｓｔｉｍｕｌｕｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｅｄ ｍｕｌｔｉ—ｂｕｒｎｅｒ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ （ＯＭＢＥＦ） ａｎｄ Ｔｅｘａｃｏ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｉｍｕｌｕｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ＯＭＢＥＦ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｅｘａｃｏ ｇａｓｉｆｉｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ， ｔｈｅ ｍｅａｎ ａｎｄ ｖａｒｉａｎｃｅ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ
本文对同一工况进行了８组以上平行实验，图 ４给出了某一工况下测量得到的８组电压信号，从 图中可以得出该实验具有良好的重复性。
图３颗粒在整个系统及加入与 检测系统中的停留时间分布
Ｆｉｇ．３ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ＲＴＤ ｉｎ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
１一ｓｔｅｅｌ ｂｏｔｔｌｅ； ２一ｖａｌｖｅ； ３一ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇａｕｇｅ； ４一Ｖｅｎｔｕ“ｔｕｂｅ； ５一ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｅｅｄ ｔａｎｋ； ６一ｃｏｍｐｕｔｅｒ； ７一ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ； ８一ｇａｓｉｆｉｅｒ； ９～ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ；
１０—ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ； １１ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔａｎｋ； １２一ｍｅａｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ； １３一ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ； １ ４——ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ ｔａｎｋ
ＸＵ ＪｉａｎＩｉａｎｇ，ＤＡＩ Ｚｈｅｎｇｈｕａ，ＬＩ Ｑｉａｏｈｏｎｇ，ＬＩ Ｗｅｉｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｈａｉｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｆｕｃｈｅｎ。ＹＵ Ｚｕｎｈｏｎｇ （ＫＰｙ Ｌｎ６０ｒ“￡ｏｒｙ ｏ厂ＣｏｎＺ Ｇｎｓｉ厂ｉｆｎｆｉｏ行，Ｍｉ九ｉｓｆｒｙ ｏ厂。ＥⅪ“ｃｎ￡ｉｏ咒，Ｅ＆ｓ￡Ｃ矗ｉ咒“Ｕ”ｉ刨Ｐｒｓｉｆｙ
第５９卷第１期 ２００８年１月
Ｊｏｕｒｎａｌ
化
工
ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
学
ａｎｄ
报
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
（Ｃｈｉｎａ）
Ｖ０１．５９ Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ ２００８
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气流床气化炉内颗粒停留时间分布
图４实验数据的重复性
Ｆｉｇ．４ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＲＴＤ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
２．２最短停留时间的定义 最短停留时间是指颗粒从进入气化炉到开始有
颗粒出气化炉的时间，是影响碳转化率的重要参 数，其定义如图５所示。
Ｆｉｇ．５
图５最短停留时司的定义
Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ。ｆ ｌａｇ ｔｉｍｅ ｒ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ＲＴＤ
ｇａｓｉｆｉｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｓｔｒｅａｍｓ； ｍｕｌｔｉ＿ｂｕｒｎｅｒ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ
ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ；
Ｔｅｘａｃｏ
ｇａｓｉｆｉｅｒ；
ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ
ｇ
，＼１声
气流床气化技术因具有煤种和粒度适应性强、 操作压力和温度高、碳转化率高、生产强度大等特 点，而广泛应用于煤气化领域。气流床内物料运动 特点是煤粉颗粒与气化剂同时进入气化炉，颗粒在 气流的曳力作用下弥散于整个床层内并最终被夹带
２．３气化炉内颗粒停留时间分布 图６是颗粒直径为７５弘ｍ，气速分别为２５、
１００ ｍ·ｓ＿１下Ｔｅｘａｃｏ气化炉和多喷嘴气化炉内颗 粒停留时间分布函数图。从图中可以看出颗粒在两 种气化炉内的分布是不同的。相比而言，多喷嘴气 化炉内颗粒停留时间分布要窄，而且在２ ｓ前，流 出的Ｔｅｘａｃｏ气化炉的颗粒质量分数要远大于多喷 嘴气化炉（见表１）。图７～图９分别给出了不同气 速下颗粒在两种气化炉内的平均停留时间、方差和 最短停留时间。从图中可以看出，多喷嘴气化炉内 的颗粒平均停留时间与Ｔｅｘａｃｏ气化炉基本相等， 但方差要小，而颗粒最短停留时间却要大很多。造 成如此大差别的原因可能是Ｔｅｘａｃｏ气化炉内，属 受限射流的流场，部分流体和颗粒因短路而直接出 气化炉，造成颗粒的最短逗留时间较小；同时射流 流股因卷吸和壁面的束缚作用而形成一个大的回流 区，颗粒在气化炉内的返混增大，导致颗粒具有较 大方差。而在多喷嘴气化炉内，由于４个喷嘴的轴 线与气化炉轴线垂直，出喷嘴后的颗粒在惯性和相 向运动的气流作用下来回振荡运动，最后在径向加 速和重力作用下离开撞击流股和撞击区。撞击的作 用导致颗粒在撞击区内的停留时间延迟，避免了 Ｔｅｘａｃｏ气化炉中的短路现象。另外由于４股流体 的撞击阻滞作用使得离开撞击区的流体和颗粒速度 减小，气化炉内流场分布和两相混合更为均匀，因 此多喷嘴气化炉内颗粒的返混和死区比Ｔｅｘａｃｏ气 化炉要小。
许建良，代正华，李巧红，李伟锋，刘海峰，王辅臣，于遵宏 （华东理工大学煤气化教育部重点实验室，上海２００２３７）
关键词：撞击流；多喷嘴气化炉；Ｔｅｘａｃｏ气化炉；停留时间分布
中图分类号：ＴＫ ２２９．６；ＴＱ ０２１．４
文献标识码：Ａ
文章编号：０４３８一１１ ５７（２００８）０１一００５３一０５
Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ
万方数据
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２００７一０６—２１． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ： Ｐｒｏｆ． ＬＩＵ Ｈａｉｆｅｎｇ． Ｅ—ｍａｉｌ： ｈｆｌｉｕ＠ ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ： ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（２００４ＣＢ２１７７０３）．
１ 实验部分
实验采用高度为１０００ ｍｍ、直径为２８０ ｍｍ的 有机玻璃气化炉模型，其结构如图１所示。该装置 的炉壁侧面和顶部分别设有安装多喷嘴气化炉喷嘴 和Ｔｅｘａｃｏ气化炉喷嘴的喷嘴室。喷嘴直径分别为 ８、１６ ｍｍ。实验用固相颗粒为经去离子水洗涤后 的玻璃微珠，其质量流量为１０５ ｋｇ·ｈ～，颗粒密 度为２４９０ ｋｇ·ｍ＿’，其粒径范围分为４６．９～９４．８ ｐｍ和１５０～２５０ ｐｍ，采用Ｂｅｃｋｍａｎ激光测粒仪测 量颗粒粒径，用Ｒｏｓｉｎ—Ｒａｍｍｌｅｒ分布计算平均粒 径为７５、１９９肛ｍ。颗粒示踪剂为ＫＣｌ溶液浸泡后 的玻璃微珠（经过滤，干燥处理）。实验流程如图 ２所示：高压钢瓶气体经减压阀后分别压迫４个加 料罐内的玻璃微珠和鼓风机产生的高速气流在三通 处混合，经气化炉的４个喷嘴喷出进入气化炉；示 踪剂在电磁阀和气动阀组合控制下瞬间进入喷嘴 （当用于测量Ｔｅｘａｃｏ气化炉内颗粒停留时间时， 颗粒和示踪剂的加料位置置于气化炉顶部）。在气 化炉出口有一股连续流动的去离子水用于溶解黏附 在示踪剂颗粒表面的氯化钾粉末。采用电导率仪连 续测量溶解在去离子水中的氯化钾离子浓度来测量 气化炉内的颗粒停留时间分布曲线，测量信号经计 算机处理后输出，其中采用频率为１００ Ｈｚ。