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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