褐煤氧化和气化反应协同作用下夹带流反应器的建模

为了建立?80mm×3000mm下行夹带流煤气化反应器模型,以胜利褐煤为原料,在该反应器中进行了N2、O2、H2O、H2O+O2气氛下800℃/900℃气化实验,研究了流场分布、主要反应发生区域,并结合反应机理和缩合模型推导了不同速控步/气化气氛下C-O2氧化和C-H2O气化速率方程.结果发现,实验条件下,喷嘴附近的射流区及其周围的回流区仅占反应器高度的5％,气相主要以平推流流动;热解和燃烧反应同时发生,反应器分为热解燃烧区和气化区;气膜扩散控制下的C-O2氧化速率方程和化学反应控制时C-H2O气化速率方程与实验数据吻合较好;相对H2O气氛,H2O+O2气氛下C-H2O气化反应的表观气化反应速率常数明显较大,尤其在高温下,建模时需分别考虑H2O和H2O+O2气氛下气化速率.这主要是由于氧化反应的开孔/扩孔作用使碳颗粒微孔数量、比表面积、孔容增加,促进了C-H2O气化反应.采用MATLAB编程拟合求解模型中未知参数和模型,对12组实验(60个数据点)进行预测,85％预测值误差小于20％,70％预测值误差小于10％.对褐煤转化率的预测,75％预测值误差小于4.6％.建立的反应器模型误差较小,为反应器设计和放大奠定基础.