第六章气流床_
流态化技术
流态化技术
第一章
定义：流态化是一种使固体颗粒通过与气体或液体（流体）接触而转变成类似流体状态的操作。
一、流态化形成的过程
1．固定床阶段
气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 < 颗粒受到的重力
床层体积固体颗粒总体积床层体积空隙率
2．流态化床阶段
气流对颗粒的浮力 = 颗粒受到的重力 压降△P = 单位截面积上床层物料的重量
不变不变，但PLLU)1(
3.气力输送阶段 (气流床）
气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 > 颗粒受到的重力
Umf ——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流化速度，也称最小流化速度。
Ut ——带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。
操作速度、表观流速（U）——是指假想流体通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子）时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速度），用U表示。
注意P2图1.2两条线不重合的原因：该页第四段（非自然堆积）
二、形成流态化的条件
1.有固体颗粒存在2.有流体介质存在3．固体与流体介质在特定条件下发生作用
三、流态化过程具有的特点
1.类似液体的特性（物性参数）2.固体颗粒的剧烈运动与迅速混合 3. 强烈的碰撞与摩擦
4.颗粒比表面积大 5.气体与颗粒的接触时间不均匀
四、流态化过程中的不正常现象
1．沟流2.腾涌 3.分层 4.气泡
五、气-固流化床的一般性评价
1．良好的床层均温性 2．较高的传热传质速率 3．输送能力大
4．可利用或加工粉末状物料
流态化可以分为聚式流化态和散式流化态。
气泡相：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或 外表面 有固体颗粒环绕的运动空间
乳化相：指的是固体颗粒与气体介质的混合区域
第二章
A类： 细 大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。
B类: 粗 鼓泡床大都用此颗粒
2014煤化工生产技术(理论)课程标准
《煤化工生产技术》课程标准
总学时数：86 理论课时：62 实践课时：24
适用专业：煤化工生产技术 学分：4
制定人：煤化工教研室 制定日期：2014年4月
一、课程性质
本课程是煤化工生产技术专业的一门必修课。本课的任务是使学生掌握煤化工生产的基本概念，了解煤化工安全生产方面的知识，深化空气深冷液化分离、煤气化、煤液化、甲醇生产技术及煤化学产品加工工艺等方面知识；培养学生的煤化工生产操作方面的专业能力，如正确地确定生产的工艺条件的能力，在煤化工安全生产操作规程下解决生产过程中一般工艺技术问题的能力以及正确操作煤化工的重要设备等；同时注重培养学生的社会能力和方法能力。本课程是在学生完成化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、煤化学等基础课的学习后开设的，并通过专业实训与仿真实训强化学生的专业技能。
二、设计思路
《煤化工生产技术》是以对企业技术骨干和管理人员关于工作任务的调查分析为依据，确立课程教学目标和内容；以培养就业能力为导向，课程内容与职业资格取证要求融通；以典型工作任务分析为基础，构建总体能力目标、具体能力目标和知识目标 。煤化工生产技术专业是以就业为导向、职业能力培养为目标，培养具有较强实践动手能力，具备必须的文化基础知识、煤化工工艺基本理论和从事煤化工生产操作、工艺运行、技术管理等工作的职业能力和综合素质，在生产、建设、管理、服务等一线工作精工艺、懂设备、懂管理的高素质技能型专门人才。
按照章节分为十一章，按工作任务工作岗位进行任务分解，形成6个学习情景：空气深冷液化分离；煤焦化技术；煤气化技术；煤液化技术；合成气合成天然气与甲醇技术；甲醇合成其他化学产品技术。对工作过程的实施以工学结合方式实现。在教学安排上，按周数进行。采用教师授课、实训室实习、下厂参观及及顶岗操作，便于原理讲授与操作训练相结合。每个学习情境内选取典型的工作任务，在教师指导下，课堂传授专业知识、课下掌握专业技能，把教师的教学过程与学生的学习过程、企业生产与工作过程联系起来，使学习内容充分体现企业实际需要，让学生在生产任务实施中训练操作技能、团队合作和沟通技能、工作能力和方法能力，体验企业工作过程和氛围，构建知识。在教学过程中，教师起指导、咨询作用，让学生有充分的机会自行处理项目实施中出现的各种问题。
气流床加压气化工艺介绍
气流床加压气化工艺介绍
一、工艺原理
本煤气化技术属气流床加压气化工艺。浓度60.5%的水煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气（纯度99.6%）通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴对喷进入气化炉燃烧室。对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种灰熔点温度以上进行气化反应。炉内温度约1350℃，反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。
（1）射流区：流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。同时受撞击区较高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大，此后为撞击区。
（2）撞击区：当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度（即沿设备轴向速度）逐渐增大。撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作用好。
（3）撞击流股：四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特征相同的两个流股。在这个区域中，撞击流股具有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。
（4）回流区：由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。
（5）折返流区：沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。
（6）管流区：在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不变，形成管流区。
水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进行。
气流床气化
气流床气化工艺
摘要：煤炭气化是煤利用的主要内容之一，而气流床气化是煤炭气化的一种重要形式。本文立足我国煤炭气化现状，对目前国际上比较成熟先进的气化工艺（Texaco气化工艺法、shell煤气化工艺法）做了简单介绍。同时，也阐明了我国未来煤气化的发展方向。
关键词：气流床；煤气化；气化炉；气化工艺；加压气化；环境；
引言
随着中国经济的快速增长，对能源的需求在与日俱增。我国是一个多煤贫油少气的国家，如何充分高效率的利用质量参差不等、数量有限且不可再生的煤炭资源是一个摆在国人面前的世纪问题，这关乎民生，也关系到国家的长足发展。另外，煤炭的开发利用带来了严重的环境问题，这是亟待解决的。气流床煤气化工艺为煤的洁净高效利用提供了一种可能的途径，这也是本文着重要讨论的。
1、煤炭气化概述
气流床气化是一种并流式气化。
气化剂（氧气与蒸汽）将煤粉（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1600~1800℃高温下将煤进一步转化为CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。也可以将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随着气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物夹裹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动形态，相当于流化领域例对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。
1.1 气流床气化技术特点
1)煤种适应性强．入炉煤以粉状(或湿式水煤浆状)喷入炉内，各个微粒被高速气流分隔，并单独完成热解、气化及形成熔渣，无相互作用，不会在膨胀软化时造成黏结，即不受煤的黏结性影响．原则上各种煤都可用于气流床气化，但炉内气化温度应高于煤的灰熔点，以利于熔渣的形成．此外，从经济角度来看，应选择褐煤等挥发分高而固定碳少的煤，可大大改善气化条件；人炉的原料煤越细越好，煤粒越小，比表面积越大，气化速度越快，反应时间越短，碳转化率也越高．
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发
于广锁, 刘海峰, 周志杰, 王亦飞, 王辅臣, 龚欣, 于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海 200237) 2005-09-16
煤炭气化是对煤炭进行化学加工以实现煤炭洁净利用的关键。气流床煤气化技术是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括：以水煤浆为原料的GE(Texaco)、Global E-Gas气化炉和以干粉煤为原料的Shell、Prenflo、Noell气化炉［1］。在新型煤化工和能源转化技术中，煤气化都起有重要作用，特别是在我国，煤气化具有作为原料气和燃料气的双重市场需求，被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和煤气生产企业。
1国外技术现状和发展趋势
1.1 技术现状
1.1.1 GE(Texaco)气化炉
美国Texaco公司(2005年5月气化部分被GE收购)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化反应，液态排渣，煤气有效成分（CO＋H2）为80%(体积分数)左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96%～99%，气化强度大，炉子结构简单，煤适应范围较宽。目前Texaco的最大商业装置是Tampa电站，于1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。该装置为单炉，日处理煤2 000～2 400 t，气化压力为2.8 MPa，冷煤气效率约76%。
喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。更大尺寸Texaco气化炉提高碳转化率的方案为：增加气化炉的停留时间；气化炉直径给定下增加长径比。
Texaco水煤浆气化技术自工业化应用以来，先后在世界各地建成多套生产装置，表1为Texaco水煤浆气化技术的应用情况。
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，由于工程设计和操作经验的不完善，装置还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态。存在的问题主要表现在以下几个方面。
气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热
第60卷 第12期 化 工 学 报 Vol160 No112 2009年12月 CIESC Journal December 2009
研究论文气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热
倪建军1,梁钦锋1,周志杰1,张玉柱2,于广锁1
(1华东理工大学煤气化教育部重点实验室,上海200237;
2神华宁夏煤业集团有限责任公司,宁夏银川750004)
摘要:采用多相流动与传热模型耦合的数值方法,对气流床煤气化辐射废锅内多相流场与传热过程进行了数值
模拟。在Euler坐标系中采用组分输运模型计算气体组分扩散过程,并通过realizablek-E湍流模型计算炉内流场,煤渣颗粒运动轨迹在Lagrange坐标系中计算,并考虑了气固相间双向耦合。利用灰气体加权和模型与离散
坐标法相结合,计算了炉内辐射传热过程,并考虑了煤渣颗粒的热辐射特性。结果表明:炉体入口存在张角约为10b的中心射流区,其流速和温度均较高,且周围存在明显回流区,回流区内部分颗粒富集;大部分颗粒直接
落入渣池,且粒径越大落入渣池时温度越高;炉内温度分布除中心射流区,整体分布均匀,且随壁面灰渣厚度的增加而升高;计算结果与实验测量结果及文献值基本一致。
关键词:辐射废锅;辐射传热;多相流;煤气化中图分类号:TQ546;TK11+4 文献标识码:A文章编号:0438-1157(2009)12-2997-09
Multiphaseflowandheattransferinentrained-flow
coalgasificationradiantsyngascooler
NIJianjun1,LIANGQinfeng1,ZHOUZhijie1,ZHANGYuzhu2,YUGuangsuo1
(1KeyLaboratoryofCoalGasification,MinistryofEducation,EastChinaUniversityof
ScienceandTechnology,Shanghai200237,China;2ShenhuaNingxiaCoalGroupCorporation
气流床煤气化系统的热力学分析
第３５卷第２期 ２００７年２月 化学工程 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＣＩＮＥＥＲＩＮＣ（ＣＨＩＮＡ） Ｖ０１．３５ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０ｏ７
气流床煤气化系统的热力学分析
汪 洋，于广锁，代正华，梁钦锋，于遵宏
（华东理工大学洁净煤技术研究所，上海２００２３７）
摘要：在使用Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ对激冷型气流床煤气化系统进行模拟和优化的基础上，采用热力学分析方法，对气化系统 进行了能量衡算和炯量衡算。计算结果表明，系统中炯损失最大的过程是化学能转变为物理能的过程。洗涤冷却 室是炯损失最大的设备，炯损失占了总炯的２１．２％；其次是气化炉气化室，占到了总炯的１３．９％，气化室的炯损失 主要发生在水的汽化等过程中，这一部分炯损失占气化过程炯损失的７０％左右，而氧气加热至反应温度所带来的 炯损失仅占３０％左右。采用炯分析方法可以更准确地揭示系统中炯损失最大的环节和过程，为改进设备、节约能 源提供目标和对策。 关键词：气流床煤气化；能分析；炯分析 中图分类号：ＴＱ ５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５０９５４（２００７）０２－００７５－０４
Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ－ｆｌｏｗ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＹＵ Ｇｕａｎｇ－ＳＵＯ，ＤＡＩ Ｚｈｅｎｇ－ｈｕａ，ＬＩＡＮＧ Ｑｉｎ－ｆｅｎｇ，ＹＵ Ｚｕｎ－ｈｏｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｌｅａｎ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ－ｆｌｏｗ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ，ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
现代煤化工技术手册
《现代煤化工技术手册》
作者：编委会
出版社：化学工业出版社
开本：16开 上中下 三册 精装
定价800元 优惠价：480元
手册共分11篇，54章近318万字。详细介绍煤田地质，煤的储运、燃烧、气化、焦化、液化的方法及物化基础、工艺流程、工艺条件选择，煤化工的主要设备结构与材质及其相关的环保、安全、仪表自控等的公用工程。手册内容有以下特点。①技术先进，方法全面。反映了21世纪国际煤化工的现代技术水平；如气化技术中气流床水煤浆加压气化，干粉煤加压气化，流化床的灰熔聚炉气化技术、煤的地下气化技术等；焦化中焦油煤化工产品的分离与提取技术，煤液化的直接与间接液化技术等。②全书理论联系实际，内容实用、可操作性强。③煤的利用涉及面广，如煤气化联合循环发电、燃料电池、碳素材料、由合成气制取氨、甲醇、二甲醚、低碳醇、低碳烯烃、乙二醇和羟基合成多种化工产品等均有介绍。④手册中有大量图表、数据、公式，文字通达。⑤ 手册是权威性专著，集中了全国一流的专家、学者。
本手册可供煤炭、煤化工领域的科研、设计、生产的工程技术人员使用；也可供相关专业大中专院校师生参考
目录
第一篇 绪论
第一章 煤炭在能源中的地位
第二章 现代煤化工及洁净煤技术
第三章 现代煤化工重点产品
第四章 现代煤化工发展模式
第二篇 煤炭及其储存运输、洗选与加工
第一章 煤的组成和性质
第三章 煤焦的储存、运输及制备
第四章 型煤的制造
第五章 水煤浆制备
第三篇 煤的燃烧 第二章 煤燃烧数学物理模型
第三章 煤炭燃烧设备
第四章 煤燃烧的环保控制
第四篇 煤炭的气化
第一章 煤炭气化的物理化学基础及气化技术分类
第二章 常压固定床气化
第三章 碎煤固定层加压气化生产过程
第四章 流化床煤气化
第五章 干法气流床煤的气化
第六章 湿法气流床加压气化
第七章 多喷嘴对置式气流床水煤浆气化技术
第八章 地下煤气化
第九章 多元料浆新型气化技术
常压气流床粉煤气化：1、K-T炉.
二、常压气流床粉煤气化(K-T炉)
K-T法是柯柏斯托切克(Koppers—Totzek)的简称，1936年由德国柯柏斯 （Koppers）公司的托切克 （Totzek）工程师提出了常压粉煤部分氧化的原理并进行了初步试验，因而取名为柯柏斯－托切克 （Koppers－Totzek）炉，简称K－T炉。1948年由联邦德国Koppers公司、美国Koppers公司和美国矿务局共同在 美国密苏里州进行中试，中试规模为36t／d干煤粉，用以生产 “费－托”合成气。第一台工业化装置于1952年建于芬兰，以后在西班牙、日本、比利时、葡萄牙、希腊、埃及、泰国、前民主德国、土耳其、赞比亚、南非、印度、波兰等17个国家20家工厂先后建设了77台炉子，主要用于生产合成氨和燃料气。经过工业化验证，是一种十分成熟常压粉煤气化制合成气的气化技术。
1、K-T炉
气化炉有双头和四头两种结构。双头K-T气化炉如图4-42所示。炉身是一圆筒体，用锅炉钢板焊成双壁外壳，通常衬有耐火材料。在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽，同时把内壁冷到灰熔点以下，使内壁挂渣而起到一定的保护作用。
粉煤、氧气、蒸汽在炉头进行燃烧反应，火焰中心温度高达2000℃，在炉上部出口处约1400～1600℃，约有50％至60％的液态渣被气流带出，在缓慢冷却过程中，灰渣会黏附于废热锅炉表面，甚至结成大块渣瘤，破坏炉子的正常操作。为避免炉出口或废热锅炉结渣，必须在高温煤气中喷水，使气流温度在瞬间降至灰的软化温度（ST）以下，并使液渣固化以防粘壁。
在高温气化环境条件下，炉子的防护除了用挂渣来起一定的作用外，更重要的是耐火材料的选择。最初采用硅砖砌筑，经常发生故障，后改用含铬的混凝土。后来用的加压喷涂含铬耐火喷涂材料，涂层厚达70mm，寿命可达3～5年。采用以氧化铝为主体的塑性捣实材料，效果也较好。
图4-42 K-T气化炉
湿法气流床气化装置扩能改造小结
湿法气流床气化装置扩能改造小结
朱春鹏;张光瑞;任军哲;徐宏伟;罗进成;马浚杰
【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2014(000)004
【摘 要】针对湿法气流床气化装置因工艺配置和关键设备的设计缺陷而长期低负荷运行的问题，提出了制浆系统、气化系统和灰水系统的扩能改造措施。结果表明，扩能改造完成后，装置整体运行平稳，产能提高了20％以上。%In allusion to
problem that the gasification plant with wet gas flow bed was operated in
the long term under low load due to the design de-fects of process
configuration and key equipment, measures for enlarging capacity and
reformation were proposed for slurry preparation system, gasification
system and grey water system. Result indicates that after capacity
enlargement and reformation finished, plant runs placidly as a whole,
production capaci-ty is increased by more than 20%.
【总页数】2页(P52-53)
【作 者】朱春鹏;张光瑞;任军哲;徐宏伟;罗进成;马浚杰
【作者单位】西安元创化工科技股份有限公司，陕西 西安 710061;陕西彬长矿业集团有限公司煤化工分公司，陕西 咸阳 713602;陕西彬长矿业集团有限公司煤化工分公司，陕西 咸阳 713602;西安元创化工科技股份有限公司，陕西 西安