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水煤漿與生質煤漿在挾帶床氣化爐氣化特性的數值模擬

為了解決1bar atm的問題，作者潘則瑋 這樣論述：

煤是目前所有化石能源中存量最多的種類約占72%，煤本身的高能量密度特性，因此有較高的經濟效益。煤的組成複雜，直接使用的過程中易產生大量的汙染物，為提高煤轉換的經濟效益同時降低汙染物排放對環境所造成的危害，淨煤技術就成為替代能源發展主要方向。IGCC為淨煤技術的一種，粉煤通過氣化爐的轉換產生合成氣，並搭配二氧化捕捉技術及其它防治措施，降低二氧化碳與污染物排放到大氣中，合成氣利用渦輪機進行發電或發展氫能。氣化步驟是IGCC系統中重要的一個階段，因此氣化過程會影響整體系統的能源效益，本研究主要目的為提高IGCC系統在氣化階段的轉換效率。氣化的轉換過程包含蒸發、裂解、燃燒與還原反應，反應過程又可分為

氣相與固相反應，本研究使用的燃料為水煤漿，由細微粉煤顆粒與水混合製成漿體燃料，因此利用數值模擬探討水煤漿氣化在轉換過程化學及物理特性。以SIMPLE solver計算壓力與速度的偶合，紊流的計算以standard的k-ε模型簡化，化學反應過程中物種的擴散現象以species transport模型求解，且燃料為液滴包覆顆粒的兩相流，因此利用離散相模型追蹤顆粒進入到反應器中的變化與反應過程，水煤漿液滴的輻射與吸熱行為使用DO 模型。以碳轉換率與冷氣體效率作為指標，結果顯示在O/C ratio0.5到0.8的範圍內，O/C ratio增加因為在燃燒的程序中較好有較高的碳轉換率，以O/C ratio

0.8作為最佳化進料參數。在固定進料O/C ratio探討不同的操作壓力對於氣化過程的影響，由常壓到20個大氣壓，結果顯示壓力增加使反應較為集中而提高燃燒溫度，限縮了燃燒區域，影響質量與熱的擴散，且增加液滴停滯時間，因此當壓力增加時，降低氧氣濃度與液滴之間的影響。水煤漿液滴在常壓的環境中影響最為顯著，受到反應器距離影響，較大的液滴在蒸發過程中所需距離較長，縮減了氣化過程的區域，因此降低碳轉換率，此外在高壓時液滴穿透深度下降，增加在氣化爐內的時間，能夠改善液滴的問題。水煤漿濃度從55%到75%的範圍中，濃度越高水的含量減少，反應區有較多的熱，因此輻射吸熱的現象越明顯。根據水煤漿在操作壓力、液滴

大小與濃度的分析結果，得到在常壓、液滴400μm以及濃度55%時氣化性能較好，以上述參數為條件，進一步討論5%到20%咖啡渣焦碳製成生質煤漿的氣化分析。模擬結果發現，當焦碳與煤漿的混合比例增加會讓揮發物提早產生，因為焦碳揮發物含量比煤炭高。這樣的結果造成生質煤漿添加比例增加時氧化反應較好，提高碳轉換率，但卻降低了冷氣體效率，表示氣化性能下降。