報告書番号

M11017

タイトル（和文）

酸素-CO2吹き石炭ガス化炉の数値シミュレーション －酸素-CO2吹きガス化反応モデルの開発とガス化特性評価法の提案－

タイトル（英文）

A numerical simulation on an O2-CO2 blown coal gasifier -Modeling of O2-CO2 blown coal gasification and evaluation of gasification characteristics-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

当所では、次世代火力技術の一つとして、CO2 回収型高効率IGCC システムの開発を進めている。本システムを確立するためには、O2-CO2 吹き石炭ガス化炉の最適な設計・運転が不可欠であるが、リサイクルCO2 のガス化炉への投入が、石炭ガス化反応に及ぼす影響について、その詳細は明らかとなっていない。本研究の目的は、O2-CO2 吹き条件に適用可能な石炭ガス化反応モデルを、当所の数値解析コードに導入し、実験との比較により解析結果の妥当性を検証すること、また、CO2 投入がガス化炉内反応に及ぼす影響を明らかにするである。当所の数値解析コードに対し、競合L-H 型チャーガス化反応モデルの導入、および水性シフト反応モデルの開発・導入を行ったところ、実験との比較から、本コードはガス化剤濃度変化時の定性的傾向を捉えられることがわかった。さらに、CO2 投入により、コンバスタ粒子反応速度は低下するが、リダクタ粒子反応速度が上がるため、CCE は向上すること、CO2 濃度の上昇に従いエクセルギ損失は減少するが、冷ガス効率は生成ガス発熱量と酸素比の関係から条件により増減が生ずることがわかった。これら検討から、炉内温度を維持しつつCO2 投入量の増大が可能なO2濃度を設定することで、比較的高い酸素比条件において、炉内炭素転換率を向上させつつ、エクセルギ損失の低減と冷ガス効率の向上を同時に図ることが可能であることがわかった。

概要 （英文）

A numerical simulation of O2-CO2 blown gasification on an entrained flow coal gasifier was performed to evaluate gasification characteristics in O2-CO2 blown conditions. A char gasification reaction model which could take effects of partially sharing active sites on a char particle by gasifying agents into account and a water-gas-shift reaction model which could estimate the reaction rate via a database prescribed by a number of elementary reaction steps were developed and implemented in the CFD code (NuFD/FrontFlowRed extended by CRIEPI and Kyoto Univ.). The target of the computation was the FRONTIA, CRIEPI's laboratory scale auto-thermal gasifier. The results showed that the gasification characteristics such as carbon conversion and product gas composition, obtained by the experiment could be captured precisely by the proposed model. In addition, it was found that the CO2 injection significantly affects the gasification reactions taking place in the gasifier. Exergy loss analysis suggested that it was important to maintain gaseous temperature with increasing CO2 concentration even if the oxygen ratio should be kept higher. It was confirmed that the gasification characteristics in the O2-CO2 blown condition could be assessed by the proposed numerical procedure.

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