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第1章 绪论 1

引言 1

1.1 国外开发概况 3

1.1.1 德士古水煤浆气化技术的开发概况 3

1.1.2 道水煤浆气化技术的开发概况 4

1.2 国内开发概况 5

1.2.1 国内早期开发 5

1.2.2 西北化工研究院中试 6

1.2.3 鲁南化肥厂工业示范装置 7

1.3 各种煤气化工艺比较 7

1.3.1 Texaco水煤浆气化技术 9

1.3.2 道化学公司水煤浆气化技术 11

1.3.3 Shell煤气化技术 11

1.3.4 鲁奇循环流化床煤气化技术 11

1.3.5 固定层常压气化技术 12

1.3.6 鲁奇块煤加压气化工艺 12

1.3.7 UGI煤气化工艺 12

1.4 目前水煤浆气化工艺存在的技术难题 13

1.4.1 气化喷嘴 13

1.4.2 高压煤浆泵 13

1.4.3 喷嘴与气化炉结构的配置 13

1.4.4 气化炉的设计和数值模拟计算方法 13

1.4.5 气化炉运行参数计算软件 13

1.4.6 气化机理研究 13

1.4.7 向火面耐火砖 14

1.4.8 排渣 14

1.5 若干建议 14

1.5.1 开展冷模试验 14

1.5.2 开展不同原料的气化试验 14

1.5.3 开展气化炉数值模拟计算方法的研究 15

1.6 本书的工作内容 15

1.6.1 新型喷嘴的开发 15

1.6.2 新型喷嘴雾化过程试验研究 15

1.6.3 新型水煤浆气化炉的开发和冷态数值模拟 15

1.6.4 新型水煤浆气化炉冷态试验研究 15

1.6.5 现场工业炉气化过程的数值模拟和试验研究 15

1.6.6 对水煤浆气化炉气化过程数值模拟 15

1.6.7 在新型气化炉中对不同原料气化过程的数值模拟 16

1.6.8 小型多功能气化实验台的设计 16

第2章 水煤浆气化喷嘴的开发 17

引言 17

2.1 水煤浆雾化喷嘴开发现状 17

2.2 新型内混撞击式水煤浆气化喷嘴的开发 19

2.2.1 喷嘴的设计计算 20

2.2.2 新型水煤浆枪的总体结构 22

2.3 本章小结 22

第3章 新型水煤浆气化喷嘴雾化性能试验研究 23

3.1 雾化试验测试系统 23

3.2 实验用喷嘴型号和各部件结构尺寸 24

3.3 实验用雾化工质和雾化介质的性质 25

3.4 实验结果和数据分析 25

3.4.1 雾化工质流量对雾化的影响 25

3.4.2 气耗率对雾化的影响 27

3.4.3 中心管喷嘴出口直径对SMD的影响 27

3.4.4 雾化工质喷嘴出口截面对SMD的影响 28

3.4.5 外环管喷嘴开孔直径和开孔数目对SMD的影响 29

3.4.6 雾化头开孔直径和开孔数目对SMD的影响 29

3.4.7 中心管和外环管气化剂流量配比对SMD的影响 30

3.5 理想喷嘴结构的选择和实验测试 30

3.6 本章小结 32

第4章 新型水煤浆气化炉的开发和冷态数值模拟 33

4.1 水煤浆气化炉的型式 33

4.1.1 Texaco水煤浆气化炉 33

4.1.2 道水煤浆气化炉 34

4.1.3 多喷嘴对置式水煤浆气化炉 35

4.2 新型水煤浆气化炉的开发 36

4.3 水煤浆气化炉冷态流场数值模拟的控制 37

4.3.1 数值模拟计算的基础 37

4.3.2 计算物理模型的描述 38

4.3.3 连续相三维流动的控制方程 38

4.3.4 流场内三维颗粒浓度分布的模拟 39

4.4 多喷嘴对置式水煤浆气化炉冷态流场数值模拟 41

4.4.1 气化炉内速度分布 41

4.4.2 压力分布 43

4.4.3 湍流混合强度 43

4.4.4 湍流动能分布 44

4.4.5 颗粒平均停留时间 44

4.5 新型水煤浆气化炉冷态数值模拟 44

4.5.1 炉侧喷嘴入口位置的影响 45

4.5.2 炉侧喷嘴入口角度的影响 49

4.6 多喷嘴对置式气化炉和新型水煤浆气化炉的对比 53

4.7 本章小结 56

第5章 新型水煤浆气化炉冷模试验研究 58

引言 58

5.1 冷模试验测试系统 58

5.2 试验测试结果 59

5.2.1 炉侧喷嘴入口位置的影响 59

5.2.2 炉侧喷嘴入口角度的影响 65

5.3 本章小结 70

第6章 现场工业炉气化过程数值模拟和试验研究 71

引言 71

6.1 气化模拟的控制 72

6.1.1 计算对象的物理模型 73

6.1.2 二维流动的控制方程 74

6.1.3 辐射模型 74

6.1.4 水分蒸发的处理 75

6.1.5 挥发分析出模型 76

6.1.6 焦炭燃烧模型 76

6.1.7 边界条件的处理 77

6.2 数值模拟计算的结果 77

6.2.1 氧碳原子比对气化的影响 77

6.2.2 煤浆浓度对气化的影响 78

6.2.3 压力对气化的影响 79

6.2.4 温度和浓度分布 79

6.2.5 流场分布 80

6.3 现场工业炉运行数据 81

6.3.1 开车增压过程运行数据 81

6.3.2 正常运转工业炉运行数据 82

6.4 本章小结 83

第7章 新型水煤浆气化炉气化过程数值模拟 84

引言 84

7.1 计算的物理模型和数学模型的控制 84

7.2 各参数对气化影响的数值模拟计算结果 84

7.2.1 炉侧喷嘴入射角对气化的影响 84

7.2.2 氧碳原子比对气化的影响 95

7.2.3 煤浆浓度对气化的影响 99

7.2.4 压力对气化的影响 102

7.2.5 不同炉顶和炉侧煤浆流量对气化的影响 107

7.2.6 不同炉顶和炉侧氧气流量对气化的影响 112

7.3 多喷嘴对置式与新型气化炉气化数值模拟结果的对比 117

7.3.1 流场分布 117

7.3.2 温度分布 118

7.3.3 粗煤气组成等 119

7.4 本章小结 119

第8章 不同原料气化过程的数值模拟 122

8.1 目前国内焦水煤浆开发现状 122

8.2 目前国内油水煤浆开发现状 124

8.3 焦水煤浆气化过程数值模拟 125

8.3.1 气化炉内温度分布 125

8.3.2 气化炉内各种物质浓度分布 126

8.3.3 气化炉出口粗煤气组成等 127

8.4 油水煤浆气化过程数值模拟 128

8.4.1 气化炉内温度分布 128

8.4.2 气化炉内各种物质浓度分布 129

8.4.3 气化炉出口粗煤气组成等 130

8.5 本章小结 131

第9章 小型多功能热态气化实验台的设计 132

引言 132

9.1 小型多功能热态气化实验台系统 132

9.2 气化炉本体结构 134

9.3 取样装置和测孔 135

9.4 下降管 136

9.5 异型耐火砖结构 137

9.6 本章小结 138

第10章 全书总结及进一步工作展望 139

10.1 本书总结 139

10.2 本书的创新点 142

10.3 进一步研究工作展望 142

参考文献 143