基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟

煤炭空气部分气化联合循环发电技术采用循环流化床反应器作为气化炉和燃烧炉,煤由给料装置送入气化炉中与空气发生反应,产生燃气然后送入燃气轮机中发电;反应剩余的半焦则送入循环流化床燃烧炉中燃烧发电。本文采用甘肃华亭煤为设计煤种,利用Aspen Plus软件对煤炭空气部分气化联合循环发电技术进行模拟研究,得出了空气煤比、碳转化率对气化温度、燃气组分、燃气热值、气化效率、发电效率等因素的影响。结果表明:随着空气煤比的增大,气化温度升高,燃气热值、发电效率及气化效率降低;随着碳转化率增大,燃气的热值提高,气化效率及发电效率均增加;系统发电效率随着碳转化率增加而增加,然而当碳转化率大于80%时,发电效率的增加幅度大幅减小,因此将碳转化率选为80%较为合适,此时的发电效率约为57%,这相较于现有的煤粉燃烧发电系统有极大的提高。     

煤热解燃烧多联产方案试验研究

在1MW循环流化床热电气多联产试验装置上进行了循环煤气热解半焦燃烧的试验研究.试验结果表明,循环煤气煤热解燃烧多联产方案可以产生(12~14)MJ/m3(标准状态)中热值煤气,但在气化炉中燃料转化率只有30%~40%,大部分燃料在燃烧炉中燃烧;气化炉温度对煤热解反应和燃烧炉运行影响较大;随着Ca/s摩尔比的增加,硫化氢浓度和焦油含量显著降低.     

煤部分空气气化多联产工艺中焦油裂解脱除试验研究

煤焦油在煤气的生产、运输等过程中存在较大危害.为了研究焦油的裂解特性,在1MW循环流化床热电气多联产试验装置上进行了煤部分空气气化多联产方案的焦油脱除试验研究,考察气化炉运行温度和添加石灰石对焦油裂解的影响.此外,设计了焦油的氧化热裂解装置,进行了焦油的氧化热裂解试验.结果表明,随氧化裂解温度的升高,煤气中焦油含量显著降低.     

循环流化床煤气化试验研究

在常压循环流化床中试装置上进行了神华煤的气化试验，试验条件：加煤速率5．4～8．14kg／h、蒸汽煤比0．19～0．7kg／kg、空气煤比2．8—3．67kg/kg，分析了试验条件对煤气组成、热值、碳转化率和煤气效率的影响。在该试验阶段获得的煤气的最高热值为3．84MJ/Nm^3，最高碳转化率为73．6％。由于提升管的高度很小、气化温度较低以及旋风炉对细颗粒分离效率不高，导致损失于飞灰中碳较多。试验结果表明对神华煤而言，气化温度应低于930℃以避免结渣。     

新型近零排放煤气化燃烧利用系统的优化及性能预测

针对所构建的以CO2接受体法气化为基础的新型近零排放煤气化燃烧利用系统,以热力学平衡计算软件包FactSage5.2来预测气化炉及燃烧炉的产物组成。在此基础上建立了基于物质平衡、能量平衡的系统效率计算方法。以提高系统效率为目标,对系统压力和气化炉碳转化率这两个重要参数进行了优化。结果表明,系统效率随操作压力和气化炉碳转化率增加而呈上升趋势。在综合考察压力和碳转化率对系统效率、气化炉和燃烧炉性能的影响规律后,比较合适的系统压力和气化炉碳转化率分别为2.5MPa和0.7。在该运行参数下,系统发电效率达到了62.1%。若采用先进的氧离子输送膜(ITM)制氧方法,系统效率可提高1.3%。     

75t/h循环流化床多联产装置试验研究

在75t/h循环流化床多联产装置上,以淮南烟煤为原料,考察多联产装置的运行特性,并进行不同热解温度下淮南烟煤的热解规律及半焦燃烧特性试验研究。结果表明,该多联产装置可连续稳定运行;获得的煤气中H2和CH4含量高,煤气低位热值达22~26MJ/m3;在试验温度范围内,淮南烟煤焦油产率随着热解温度的升高先升高后降低,在540℃左右时达到最大值,约为收到基煤重的11%;对焦油成分的分析表明,多联产获得焦油可提取苯和酚类化学品后生产燃料油;剩余半焦可顺利送到锅炉高效稳定地燃烧产生蒸汽以供热发电。该装置将煤的热解和燃烧有机结合,在一套装置中实现热、电、气及焦油的联产,提高了煤炭的综合利用价值。     

神华煤及混煤的循环流化床工业气化炉运行研究

在设计给煤量为350 t/d的循环流化床煤气化工业装置上,分别以高钙神华煤及其与百矿煤的混煤为原料进行了168 h气化试验,考察了装置的运行特性和气化特性,并结合SiO_2-Al_2O_3-CaO三元相图对神华煤及混煤的结渣倾向进行了分析。结果表明,神华煤及混煤在循环流化床煤气化工业装置上运行稳定、未出现结渣失流现象。在相同的气化风量条件下,神华煤气化时冷煤气效率为69.64%,碳转化率为85.01%,煤气热值为5.59MJ/Nm~3,各项指标均高于混煤气化。向神华煤中掺入百矿煤,煤灰组成点由钙长石区域向莫来石区域移动,煤灰熔融特征温度显著提高。混煤气化条件下,钙长石的生成量明显减少,有益于工业气化炉的长期稳定运行。     

煤热解分级转化热电油天然气多联产系统技术经济性分析

以华能平凉煤作为设计煤种,构建了一套由煤热解单元、燃烧炉与汽水系统、煤气冷却净化单元、焦油加氢单元、水气变换单元以及甲烷化单元等组成的2×350 MW循环流化床(CFB)热解燃烧分级转化多联产系统。煤由给煤装置送至流化床热解炉,迅速升温至700℃并发生一系列热解反应,生成煤气、焦油和热解半焦。其中,热解煤气经加工合成煤制天然气;焦油经加氢提质合成清洁燃料油;半焦输送至CFB燃烧炉中燃烧发电。利用流程模拟软件Aspen Plus对整个流程进行了详细模拟并进行了初步技术经济性分析。结果表明,系统的能量转化效率达50.02%,项目的内部收益率为21.63%,动态投资回报期为8.29 a,具有广阔的市场应用前景。     

利用液态CO2提高水煤浆煤水配比对气化效果影响的数值模拟

提高水煤浆气化碳转化率和冷煤气效率，是强化气化过程的必然结果。利用FLUENT软件平台，该文用数值模拟方法模拟了水煤浆气化过程中水煤浆煤、水配比和氧、碳原子比对气化过程和出口煤气成分的影响；尤其是研究了利用添加液态CO2的方法提高水煤浆煤、水配比，对提高气化炉碳转化率和冷煤气效率的影响。模拟结果显示：随着液态CO2浓度的不断升高，煤气成分中CO大幅上升，H2略有降低，CO2浓度升高；气化炉的碳转化率和冷煤气效率都有较大幅度提高，分别达到最大值98.58%、76.74%，比原工况分别提高了3.7%、6.1%；气化炉温度先降低后变化趋缓。结果证明添加液态CO2后强化了气化炉内的二次反应，提高了焦炭燃烧速率。     

循环流化床煤气化平衡模型研究

该文根据试验结果拟合了碳转化率和甲烷产率动力学经验关系式,结合物料平衡、能量平衡和化学平衡,建立了动力学修正的循环流化床煤气化平衡模型.在与试验相同的条件下,进行了循环流化床煤气化模拟计算,模拟计算结果和试验结果比较吻合.在此基础上,还就空气加入量、蒸汽加入量及加煤速率对床温、煤气组成、煤气热值、碳转化率和气化效率的影响做了预测和分析.     

整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统性能分析

介绍不同型式的整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统。对采用空气气化的IGCC系统进行了概念设计,并对4种采用空气气化型式的IGCC发电系统进行了计算和分析,研究结果表明(1)IGCC燃煤发电系统有较大的综合优势;(2)在相同设计参数下,IGCC系统采用温度较低的流化床气化炉或采用温度较高的气流床气化炉各有优缺点,对配置低温湿法粗煤气净化系统的IGCC系统,建议采用流化床气化炉;(3)在进行IGCC设计时,燃气轮机入口温度应尽量取高值,对应此温度存在一最佳压比值;(4)IGCC系统供电效率比常规电站高5~7个百分点。     

Air-based coal gasification in a two-chamber gas reactor with circulating fluidized bed

During the bed gasification of solid fuels, the process temperature in the reaction zone is not high enough for reaching the maximum rate of the chemical efficiency factor of the gasification process. In order to increase the chemical efficiency factor, it is necessary to supply extra heat to the reaction zone to increase the reaction temperature. In this article, coal gasification in a chamber with forced fluidized bed is considered and it is proposed to supply extra heat with a circulating flow of an inert particulate heat transfer agent. Circulating inert particulate material is successively heated by coal combustion in a cone chamber with bubbling fluidized bed and in a combustion chamber with a spherical nozzle that inhibits the forced fluidized bed. After that, the heat transfer agent heated to 930–950°C enters first in a gasification chamber with bubbling bed and then in a chamber with forced fluidized bed, where it transfers the physical heat to the air fuel mixture. The experiments conducted with crushed Borodinsky coal and inert particulate heat transfer agent (electrocorundum) showed the temperature rise in a gasification chamber with from 760 to 870°C and the increase in the combustible component (CO) concentration in the gasification products by 5.5%. Based on the kinetic equations of the fuel combustion reactions and the CO₂ reduction to CO and on the thermal balance equations of combustion and gasification chambers, the simulation model for the gas composition and the temperature rate calculated by the height of reaction chambers was developed. The experimental temperature rates and product gas compositions are in good agreement with the simulation results based on the proposed kinetic gasification model.     

煤粉在循环流化床高温空气下的燃烧与NOx排放

高温空气燃烧技术具有低污染物排放的优越性能，有望应用于煤粉的燃烧。搭建了煤粉高温空气燃烧热态试验台，由下行火焰的煤粉燃烧室和提供高温空气的循环流化床组成，煤粉燃烧室内径为220 mm、高3000 mm。用一种烟煤做了燃烧试验，试验结果表明：煤粉燃烧室上下温度均匀；煤粉燃烧室上部的还原区当量系数为0.8时，NOx排放水平在252~294 mg/m3之间，低于国家2003年制定的火电厂污染物排放标准35%~44%；循环流化床提供的高温空气中NOx的浓度对煤粉燃烧室内煤粉中的N向NOx的转化比影响很小；煤粉中的N向NOx的转化比可降低到25%。 关键词：高温空气燃烧；循环流化床；煤粉；氮氧化物     

高温煤基燃料的燃烧特性及NOx排放试验研究

为了探索控制煤粉燃烧时NOx的生成，参考高温空气燃烧的概念，提出了将煤粉预热到800 ℃的高温后再进一步燃烧的新工艺，方法是借助循环流化床在低过剩空气系数下燃烧的技术预热煤粉，由于煤粉在预热过程中发生了部分气化的反应，将生成物称为高温煤基燃料。在小型热态试验台上完成了第一阶段的概念性验证试验。热态试验台由提供高温煤基燃料的循环流化床和用于高温煤基燃料燃烧的下行燃烧室组成，下行燃烧室的直径为220 mm、高度为3000 mm。试验以大同烟煤为燃料。试验结果表明：下行燃烧室内轴向温度分布比较均匀，最大温差为176 ℃；NOx排放值为399 mg/m3 (@ 6% O2)，低于GB13223 —2003规定的450 mg/m3，高温煤基燃料中的燃料N向NOx的转化率为26.9%；燃烧效率达到99%。     

煤和垃圾衍生燃料循环流化床混烧的试验研究

分别在热重分析仪和0.5MW循环流化床燃烧系统上进行了煤和垃圾衍生燃料混烧实验。热重试验表明:混烧过程中,两者基本上保持各自的燃烧特性,同时垃圾衍生燃料的加入能显著提高煤粉的燃烧性能。循环流化床试验表明:相对于煤粉单独燃烧,混烧能使整个炉膛的温度分布更均匀;垃圾衍生燃料的加入降低了CO、NO、N2O、SO2的排放,但却大大增加了烟气中HCl的浓度;垃圾衍生燃料中的钙基物质能对SO2起到脱除作用,同时HCl的存在会促进钙基物质与SO2的反应;在混烧情况下,随着床层温度的升高,N、S、Cl等元素对气相污染物的转化率增加,同时,钙基物质对酸性气体SO2、HCl的脱除反应受到抑制,因此烟气中的NO、SO2、HCl等污染物浓度增加。     

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧还原反应实验研究

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧技术,采用小型流化床模拟燃料反应器,对煤气化–CaSO4还原反应展开实验研究。水蒸气作为气化及流化介质,煤气化气体产物(CO、CH4、H2)与CaSO4发生还原反应。结果表明,煤气化是煤气化–CaSO4还原反应过程的控制步骤;CH4、H2累积量随温度升高呈减少趋势,高于950 ℃时反应产物中无CH4、H2,温度低于950 ℃时CO累积量随温度增高亦呈减少趋势, 但高于950 ℃时CO累积量随温度升高反而略有增加;煤气化反应的碳气化效率以及煤气化–CaSO4还原反应的C–CO2转化率均随温度而增大,最大值分别达95.9%、91.5%。CaSO4在CH4、H2气氛的反应活性随温度升高而显著提高,而在CO气氛下其反应活性较弱;煤气化–CaSO4还原反应后的载氧体颗粒出现轻微磨损,扫描电镜分析表明反应后载氧体颗粒的比表面积增大,950 ℃时存在轻微烧结现象,但对载氧体反应活性影响不大。     

干法进料煤气化技术在中国的进展与发展趋势

煤气化技术是燃煤联合循环、煤化工、综合利用系统和零排放系统的关键技术之一。介绍中国煤气化技术的应用和发展现状，包括固定床气化(常压UGI炉和加压Lurgi炉)、流化订气化（U-gas炉和中国科学院山西煤炭化学研究所开发的常压灰熔聚流化床炉)和气流床气化(国电热工研究院提出的2段式干煤粉加压气化炉)，并对这3种床态的优缺点进行了对比。通过比较认为，2段式干煤粉加压气人炉气化和灰熔聚流化床气化优势明显。     

煤的空气、水蒸气部分气化特性研究

根据分级转化的思想,以空气与水蒸气的混合物作为气化介质,在小型流化床煤气化试验台上研究了汽煤比、空气煤量比(空煤比)和床层压降对气化过程的影响,并与空气气化的结果进行对比分析,得出了汽煤比和空煤比与床层温度、煤气成分、煤气热值、煤气产率、碳转化率等的关系,并获得了床层压降对煤气成分和煤气热值影响的数据.