用吉布斯自由能最小化方法模拟垃圾气化熔融工艺

基于吉布斯(Gibbs)自由能最小化方法建立了城市生活垃圾气化熔融技术工艺模型，模拟计算结果与已有文献的试验结果吻合良好。通过敏感性分析，获得了垃圾气化气体低位热值和熔融温度的相互关系，在此基础上，讨论了城市生活垃圾低位热值、垃圾含水率和气化炉过量空气系数对气化气体低位热值和气化温度的影响规律。结果表明：在无辅助热源情况下，进入熔融炉的气化气体低位热值必须高于3000kJ/m3，其燃烧绝热火焰温度方能达到1 350℃；气化气体低位热值随垃圾低位热值的增大和气化过量空气系数的减小而显著增高；气化温度随垃圾含水率的降低和过量空气系数的增大呈现线性升高趋势。模拟结果可为确定适合气化熔融技术的垃圾基本特性参数提供有益参考。     

木块在流化床气化炉内气化特性的试验研究

利用自行设计的小型流化床试验装置系统,对城市生活垃圾中木块组分在不同的反应温度、不同的过量空气系数下进行了空气气化实验。分析了在流化床气化炉中,这些反应条件对木块转化为气化气的影响以及在不同的气化反应条件下,木块气化气成分、产气率、气化气热值及气化效率的变化规律。最后,提出了流化床城市生活垃圾气化熔融技术中一些有价值的运行参数范围。     

生物质流化床空气水蒸气气化模拟

生物质气化是一种可有效利用生物质能源的热化学转化技术。该文利用大型化工流程模拟软件Aspen Plus建立生物质在流化床气化炉内空气水蒸气气化模型,并研究气化温度对产气组分的影响。将模拟结果与试验结果进行了对比,吻合良好,表明该模型具有一定的适用性。利用灵敏度分析功能研究了空气当量比(equivalence ratio,ER)和水蒸气/生物质质量比(S/B)对产气组分、热值以及气化效率的影响。结果表明:提高气化温度,产气中H2和CO2含量增加,而CO和CH4含量减小;在空气当量比为0.27时气化效率最高;当S/B取1.3~1.7范围时,产气热值较高,可达11.8MJ/m3。     

串行流化床生物质气化制取合成气试验研究

串行流化床气化是一种崭新的气化技术,可将气化和燃烧过程分隔开,气化反应器和燃烧反应器之间依靠惰性固体载热体进行热量传递。以水蒸气为气化介质,在小型串行流化床试验装置上进行生物质气化制取合成气的试验研究,探讨气化反应器温度T、水蒸气与生物质比率S/B对气化结果的影响。试验结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N2的高品质合成气。随着气化反应器温度的提高,合成气中j(H2)/j(CO)减小,合成气产率增加,热值降低,总碳转换率先升高而后保持不变。随着S/B的增大,合成气产率和总碳转换率均先升高而后降低,S/B的最佳值为1.4。在试验阶段获得的最高合成气产率为1.87 m3/kg,合成气热值为13.20 MJ/m3,总碳转化率为91%。     

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。     

基于Aspen Plus平台的污泥富氧气化模拟

以污泥为研究对象,利用Aspen Plus软件建立气化反应模型,对生物质高温氧气气化进行模拟计算。探讨了不同反应条件,包括空气当量比、气化压力以及污泥含水率对气化温度、气化产物、产气热值的影响。结果显示,污泥高温氧气气化得到的可燃气体主要成分为CO、H2、CO2和H2O,H2S含量很少,CH4含量基本为零;污泥含水率的增加,必须提高空气当量比才能确保气化温度在1 000℃以上;随着空气当量比的增加,CO和H2含量降低,产气的热值也降低;随气化压力的升高,H2S和CH4的含量增加,但CO和H2的含量却降低,产气的热值随压力的增加略有提高。     

稻壳与水蒸气分段热解气化流程模拟

生物质分段热解气化工艺通过提升反应温度提高碳转化率、降低焦油含量。该工艺过程中利用部分生物质热解气化产气在气化炉外部的燃烧器进行燃烧产生高温烟气,为热解、气化过程提供热量。该文选取稻壳为原料,利用Aspen Plus软件,模拟稻壳与水蒸气分段热解气化工艺过程,该过程考虑了热量回收与利用以及产气的部分循环利用,通过流程模拟,分析了气化温度、水蒸气通入量对产气各组分的产量、碳转化率、产气低位热值的影响。结果表明:利用总产气量的15.4%~20.5%用于燃烧可实现分段热解气化工艺的热量自给。随着气化温度的升高,产气中H2和CO含量增加,碳转化率升高,产气低位热值在气化温度为700℃时最低,随后逐渐升高;水蒸气的通入量增加会提高H2和CO2的产量,使碳转化率升高,产气低位热值降低;在气化温度为800~1 000℃内,w(H2O)/w(B)0.15(水蒸气与生物质质量比)时,CO的产量随水蒸气的通入量增加而减少,碳转化率接近100%。     

稻壳与水蒸气分段热解气化流程模拟EI北大核心CSCD

生物质分段热解气化工艺通过提升反应温度提高碳转化率、降低焦油含量。该工艺过程中利用部分生物质热解气化产气在气化炉外部的燃烧器进行燃烧产生高温烟气,为热解、气化过程提供热量。该文选取稻壳为原料,利用Aspen Plus软件,模拟稻壳与水蒸气分段热解气化工艺过程,该过程考虑了热量回收与利用以及产气的部分循环利用,通过流程模拟,分析了气化温度、水蒸气通入量对产气各组分的产量、碳转化率、产气低位热值的影响。结果表明：利用总产气量的15.4%~20.5%用于燃烧可实现分段热解气化工艺的热量自给。随着气化温度的升高,产气中H2和CO含量增加,碳转化率升高,产气低位热值在气化温度为700℃时最低,随后逐渐升高;水蒸气的通入量增加会提高H2和CO2的产量,使碳转化率升高,产气低位热值降低;在气化温度为800~1000℃内,w（H2O）/w（B） 〉0.15（水蒸气与生物质质量比）时,CO的产量随水蒸气的通入量增加而减少,碳转化率接近100%。     

垃圾特性对其气化产物影响的研究

在温度为650℃、过量空气系数为0.4的条件下,对城市生活垃圾的4种典型组分(聚乙烯、橡胶、木竹和纸)进行气化试验研究。运用灰色关联分析理论,考察物料性质对气化合成气的影响。CO和H2的主要影响因素为固定碳;CH4和C2H4的主要影响因素为挥发分;CO2和O2的主要影响因素为水分。影响总体气化气的因素依次为:固定碳水分挥发分灰分。     

热管式生物质气化炉间接气化模拟研究

建立了热管式生物质气化炉间接气化的动力学模型,研究气化温度和水蒸气与生物质添加量之比(简称为S/B)对气体组分、热值和气体总产率的影响。结果表明:H2和CO的体积分数随着气化温度的升高而增加,CO2的体积分数随着温度的升高而减少;增加S/B有利于H2和CO2的产生,不利于CO的生成;生物质气化气体产物中H2的体积分数在50%~60%之间时,气体热值可高达10MJ/m3。     

含稀硫酸的实验室有机废液焚烧SO2排放特性试验研究

在流化床焚烧炉中进行了含质量浓度为0.5%的稀硫酸的有机废液焚烧试验。研究了氧化性气氛、还原性气氛、温度和过量空气系数对稀硫酸分解生成SO2的转化率的影响,并分析了稀硫酸分解的反应机理。研究结果表明,在750～950℃的温度条件下,稀硫酸分解生成SO2的转化率随温度升高而上升;随着烟气中氧浓度的提高,SO2的转化率随之下降。     

熔融温度对城市生活垃圾焚烧飞灰旋风熔融试验特性的影响

采用自行设计的旋风熔融系统对焚烧飞灰进行熔融试验，研究了不同熔融温度条件下熔渣的微观形貌及熔融过程中重金属行为。结果表明，旋风熔融处理系统设计合理，系统能够协调稳定运行，使用方便；旋风熔融可有效地固溶焚烧飞灰中的重金属，易于焚烧飞灰的大规模处理。在较低熔融温度下(1250~1300℃)，试样仅发生烧结反应或部分熔融；较高的熔融温度(>1350℃)可使试样完全转化为玻璃态。在1250~1 400℃范围内，Ni、Cr、Cu、Co、Mn的固溶率随熔融温度的升高呈缓慢增长趋势，而熔融温度变化对As、Pb、Cd、Zn的固溶率影响显著。熔融产物中Zn、Cr、Pb、Cu、Cd、Hg等重金属浸出率均非常低，低于美国EPA标准限值。     

硫酸钠沉积转化特性及对灰熔融性的影响

Na2SO4是加剧高碱煤沾污结渣特性的重要中间物质。为阐明炉内固相Na2SO4生成转化机理及对灰熔融性的影响规律,采用气相反应动力学分析了Na2SO4(g)的生成,总结了渣层不同温度下Na2SO4的沉积和转化特性,通过灰熔融性和高温矿物演变实验研究了Na2SO4的高温转化及对灰熔融性的影响。结果表明:Na2SO4(g)是气相Na的主要赋存形式。900℃及以下Na2SO4(g)大量凝结并沉积,中低温渣层中的Na2SO4稳定存在。渣层温度沿径向升高,沉积于高烟温区域灰渣外层的Na2SO4熔融,并发生高温转化,与飞灰中石英、刚玉等矿物发生铝硅酸化反应,1 000℃左右大量生成钠长石,硫酸钠含量高时生成钠霞石,高于1100℃进一步转化为钙钠长石、青金石、蓝方石等矿物。Na2SO4高温下转化为低熔点含钠铝硅酸盐,其助熔共晶效应导致灰熔融温度大幅降低,加剧结渣。     

电厂烟气低浓度CO2的粉煤灰直接液相矿化技术

以粉煤灰为原料采用直接液相法矿化封存燃煤电厂烟气中CO2是一种适合我国国情的新型CO2捕集与利用一体化技术。本文考察了粉煤灰物相组成、温度、固液比、气速、压力等工艺条件对矿化反应的影响,采用X射线粉末衍射、热重分析等手段研究了温和条件下粉煤灰的矿化反应机制。研究表明,增大悬浮液固液比能够有效增加CO2捕集能力但是会降低钙的转化率;烟气流速超过一定值后,CO2溶解成为决速步,Ca转化率达到饱和;温度对矿化反应有重要影响,对工艺温度条件的研究是进一步提高矿化反应效果的关键。当反应条件为温度60 ℃、固液比100 g/L、烟气流速350 mL/min时,北京粉煤灰对CO2的封存能力达到最大值（66 kg CO2/t粉煤灰,?Ca=50.86%）。基于该技术设计了5万t/a CO2直接液相矿化装置,估算了设备投资和运行成本。与国外采用天然矿石原料的CO2矿化技术相比,该技术反应条件更加温和,同时实现粉煤灰利用与温室气体减排,技术前景广阔,对我国未来实行碳中和目标具有价值。     

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。     

燃煤电厂旁路烟气干燥塔控制技术开发

以浙江两电厂为研究对象,分析了旁路烟气干燥脱硫废水零排放技术的控制难点,以不影响粉煤灰质量为目标,建立了多参数控制模型,在考虑烟气酸露点情况下确定最低烟气温度、最大脱硫废水处理量;同时基于能量平衡的精确控制技术和基于关键参数的软测量模型的互为备用,实现了脱硫废水的高效、低能耗干燥。台州第二发电厂脱硫水质控制限制的计算表明,粉煤灰可用作普通混凝土添加剂;长兴电厂脱硫废水干燥塔在旁路烟气挡板门全开的情况下,烟气入口温度357 ℃,脱硫废水质量流量达到4 200 kg/h时,出口温度仍有117 ℃;而在深度调峰工况,烟气入口温度下降到280 ℃时,出口温度高于110 ℃的下线预警值时,系统出力为1 750 kg/h,实验结果与基于能量平衡算法的理论预期基本一致。     

垃圾焚烧飞灰旋流熔融炉及玻璃化利用

在以焚烧方法处理城市生活垃圾、医疗垃圾、工业污泥日益增多的情况下,垃圾焚烧所产生的灰、渣等危险废物处理己成为亟待解决的问题。在研究焚烧飞灰化学、物理特性的基础上开发了用于无害化处理焚烧飞灰的高温旋流熔融炉,熔融渣可用作建筑材料。旋流熔融炉内温度可达1 350~1 550°C,熔融灰在炉内停留30 min左右,二恶英可销毁99.5%以上,旋流炉捕渣率≥95%。随飞灰一起添加少量玻璃粉、硼砂等助熔剂可降低熔融温度,熔渣经水淬急冷后形成玻璃态物质,对重金属固化效果较好。     

低负荷吹灰对超临界锅炉水冷壁超温影响的试验研究

通过对低负荷段吹灰器投运位置、频次、负荷段及对应区域配风方式的试验研究,发现低负荷段吹灰器投运时明显的壁温突升主要发生在两侧墙,且投运燃尽风上下位置的吹灰器影响较大,最高壁温突升幅度约100~130 ℃。吹灰过程中增大对应区域的辅助风门开度约20%,壁温突升幅度可降低约20 ℃,同时,选择较高负荷段投运吹灰器以及降低吹灰器的投用频次对控制水冷壁超温有利。试验研究方法与结论对同类型机组低负荷段吹灰器投运具有一定的参考意义。     

低负荷吹灰对超临界锅炉水冷壁超温影响的试验研究

通过对低负荷段吹灰器投运位置、频次、负荷段及对应区域配风方式的试验研究,发现低负荷段吹灰器投运时明显的壁温突升主要发生在两侧墙,且投运燃尽风上下位置的吹灰器影响较大,最高壁温突升幅度约100~130 ℃。吹灰过程中增大对应区域的辅助风门开度约20%,壁温突升幅度可降低约20 ℃,同时,选择较高负荷段投运吹灰器以及降低吹灰器的投用频次对控制水冷壁超温有利。试验研究方法与结论对同类型机组低负荷段吹灰器投运具有一定的参考意义。