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.     

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。     

流化床常压空气部分气化和半焦燃烧的试验研究

为进行煤的多联产方案研究,在1 MW循环流化床热电气多联产试验装置上,选取兖州煤、大同煤为试验煤种进行了部分空气气化和半焦燃烧试验。试验结果表明,空气部分气化方案得到的煤气热值较低,为3~5 MJ/m3,在气化炉中的碳转化率为40%~70%,剩余半焦被送入循环流化床反应器中燃烧,该系统的总体转化效率为90%左右。气化炉床层温度对气化炉碳转化率影响较大,随着温度升高其碳转化率明显提高,而燃烧炉燃烧效率呈下降趋势。石灰石的加入除了对焦油的裂解有一定的促进作用外,还具有脱除硫化氢作用,当[Ca]/[S]为3时,脱硫效率为90%。气化炉的给煤量、燃烧炉运行温度随气化炉鼓风温度提高而增加。     

CO_2回收式加压流化床煤气化建模与数值计算

以新型CO2回收式煤气化系统为研究对象,建立了加压流化床煤气化动态数学模型,包括颗粒模型、气相模型、气泡模型和焓平衡模型,探讨了给煤速率、氧碳比以及水蒸气比等操作参数对碳转化率、产气量以及冷煤气效率的影响,由此确定了煤投入量的最佳操作范围。计算结果表明:在采用CO2回收循环系统下可获得70%以上的(CO+H2)合成气;CO2气氛下的气化能力比在空气气氛下减少了约2%;反应压力为1.5 MPa时,给煤速率的最佳操作范围为1.3~1.8 kg/(m2·s);氧碳摩尔比为0.5时冷煤气效率可达76%;气化温度与氧碳比基本呈线性关系,通过对氧碳比的控制可有效地调节气化温度;随着水蒸气比的增加,冷煤气效率会出现最大值,气体热值会逐渐增大;在气化温度为1073~1273 K时,CO2气氛下反应的操作范围比空气气氛下的范围大。     

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。     

循环流化床富氧气化运行特性研究

在江西某循环流化床富氧气化装置上,考察了不同煤种、原煤粒径分布、料层差压、反应温度、氧气流量对气化装置运行特性的影响,研究了各工况对煤气热值、炉渣含碳量和碳转化率的影响并进行了综合优化调整。结果表明:在相同气化条件下,陕北神木原煤运行的各项参数指标均高于内蒙东胜原煤。原煤粒径分布、料层差压、反应温度和氧气流量对降低炉渣含碳量,提高碳转化率、煤气有效组分和热值有一定作用,为大型循环流化床富氧气化装置运行和优化提供了方法。     

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.     

气化剂预热温度对加压喷动流化床煤部分气化的影响

在0.1MW加压喷动流化床气化试验装置上成功验证了高温气化介质煤气化新概念,并对气化介质预热温度对煤部分气化特性的影响进行了研究.结果表明,气化介质温度从300℃提高到700℃后,煤气中N2浓度降低导致煤气热值增加幅度达23%,煤气中可燃组分H2和CO浓度分别从10.6%和10.5%上升到15.2%和12.2%,不可燃组分N2和CO2浓度从60.3%和15.3%降低到55.7%和13.5%,而甲烷含量基本不变;相应的冷煤气效率由48.7%增加到59.6%.气化介质预热温度的变化对碳转化率和干煤气产率影响不大.     

燃煤燃气—蒸汽联合循环关键技术研究

该文介绍了发电设备成套设计研究所在整体煤气化燃气－蒸汽联合循环关键技术和第二代增压流化床联合循环关键技术方面的试验研究情况。     

洁净煤技术应用的现状

洁净煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染物排放与提高能源利用效率的煤炭加工、燃烧、转化及污染物控制等新技术.循环流化床、增压流化床联合循环和整体煤气化联合循环等洁净煤技术均是比较具有竞争力的技术,其中,循环流化床技术在我国发展较快,现已有大型化的运行实例(1 025T/H),目前正开发超临界循环流化床技术;整体煤气化联合循环的商业运行刚刚起步,华能绿色煤电天津IGCC电站工程250MW机组已经开始启动,正在进行前期工作;增压流化床联合循环技术还有待于完善.     

高温气化剂加压喷动流化床煤气化试验研究

在热输入0.1MW的小型加压喷动流化床试验装置上进行了高温气化剂煤气化特性的试验研究,考察了气化温度、压力、空气系数和汽煤质量比等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化介质的煤气化行为的影响.试验结果表明,在所研究的工艺参数中,气化温度对高温空气煤气化特性影响最为显著.压力对气化性能的影响主要体现在改善流化床气化炉床内流化质量.空气系数及汽煤比的影响从本质上看是通过改变气化反应温度来实现的,对于一个特定的流化床气化工艺,空气系数及汽煤比均存在一个适宜的操作区域.     

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。     

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.     

神木烟煤煤焦的CO_2气化反应动力学模型

针对煤的气化问题,在固定床800～950℃气化温度下,研究了煤焦与CO2气化反应的特性,采用正态分布模型进行了计算,反映出不同温度下煤焦的气化速率随转化率的变化规律。结果表明:在气化开始时刻,气化速率最大,并随着煤焦转化率的提高而逐渐降低;模型中的最大反应速率rm与温度的关系符合Ar-rhenius定律,由此求出煤焦的活化能为192.305 4 kJ/mol。     

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%。     

熔融盐催化煤与CO2气化反应研究

利用自行设计的反应器研究熔融盐催化煤与CO2的气化反应,分析反应温度、催化剂和煤种对气化反应的影响。实验结果表明,以熔融盐为催化剂的熔融盐催化煤CO2气化反应的碳转化率较单纯煤CO2气化反应有明显提高,相同反应条件下,无烟煤、贫煤、烟煤的提高幅度分别是：76.38%~172.73%、46.98%~141.87%、40.52%~137.5%;反应温度是影响熔融盐催化煤CO2气化反应的主要因素,在反应时间为90 min时,反应温度从700 ℃上升至820 ℃,无烟煤、贫煤和烟煤的碳转化率分别从0.14、0.162、0.192增至0.33、0.363和0.402,其最佳反应温度为820 ℃左右;煤种不同使气化反应效果不同,但添加熔融盐使反应活性较差的煤种也有很好的气化效果。利用动力学均相模型与未反应缩核模型对实验数据进行处理,得出气化反应动力学参数。     

钾盐添加量及煤焦粒度对两段组合式气化工艺的影响

高效能两段组合式煤气化工艺能有效利用高温煤气显热,以提高现有气流床气化技术的冷煤气效率。在两段组合式煤气化炉热态实验装置上,考察了二段床层不同粒径范围煤焦的气化反应性,实验得出,最优粒径范围为10~15mm。该粒径范围下,二氧化碳累积转化率达10%,其反应速率在反应30 min时达到峰值,床层平均温降最高,达到402.4℃。文中还研究了钾盐添加量对二段煤焦气化反应性能的影响,钾的添加量应大于5%才能明显体现其良好催化效果。碳酸钾用量在8%下的催化效果显著,二段出口有效气体浓度和碳转化率等参数提高明显,二氧化碳累积转化率为19%。此工艺有效实现CO2减排和资源化利用,环境效益良好。