流化床煤气化细粉灰高温燃烧与熔融特性研究
发布时间：2021-01-01 22:11
流化床气化技术具有燃料适应性广、运行成本低和环境污染小等优点,是目前极具前景的低阶煤利用技术之一。但由于气化炉运行温度较低,导致大量煤气化细粉灰被粗煤气携带出炉膛,降低了系统碳转化率。煤气化细粉灰具有超细粒径、低挥发分、高含碳量、高灰分和反应活性差等特点,这给其进一步转化带来了极大的困难。如何实现煤气化细粉灰的高效清洁利用,对于流化床气化技术的推广应用具有重要意义。基于现有煤气化细粉灰利用技术,本论文提出了一种流化床煤气化集成细粉灰高温燃烧熔融处理新工艺,可以实现煤气化细粉灰的充分转化,减少环境污染,同时实现飞灰熔融固化。针对该工艺开发过程中存在的重要问题和关键环节,本论文采用灰熔融温度分析仪、高温热台显微镜和FactSage化学热力学软件等方法研究了煤气化细粉灰的高温熔融特性;在2.5 t/d高温燃烧熔融实验台上研究了细粉灰的高温燃烧特性及熔融渣样和飞灰的基本特性;采用所建立的平衡模型研究了流化床煤气化集成细粉灰高温燃烧熔融系统的运行特性。获得的主要结论如下:（1）与五彩湾煤相比,经气化后细粉灰中水分和挥发分含量较低,灰分和碳含量较高,Fe和Ca含量较高,Al、Si和Na含量较低。粒...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３温克勒气化工艺原理图［１８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｗｉｎｋｌｅｒ?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
?为克服以上这些缺点，通过提高气化炉的操作温度和压力，进一步开发了高??温温克勒工艺（ＨＴＷ）［１９］，如图１．４所示。ＨＴＷ气化炉操作压力维持在１－２．７５?ＭＰａ??范围内，温度在９５０－１０００°Ｃ之间。与Ｗｉｎｋｌｅｒ工艺相比，ＨＴＷ工艺采用更高的??压力，有效增加了气化炉负荷；更高的运行温度促进了煤的进一步深入转化，提??高了煤气化效率，降低了氧气消耗量；同时增加了外循环过程，可以实现粗煤气??中大颗粒带出物的分离，并返回至炉膛内再次参与气化反应，从整体上提高了碳??转化率。??▲?＾１?■■?丨〕—??ｉ?粗《气冷却ａ??—??—｜?思浮段??蓽汽和空气或??触床—＾???ｖｒｉｒ??ｔｒ交除灰装ａ??图１．４高温温克勒气化工艺原理图［１９】??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｗｉｎｋｌｅｒ?（ＨＴＷ）?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．２．２灰熔聚流化床气化技术??灰熔聚流化床是在鼓泡流化床基础上的改进［２（＾。在布风板中心处安装射流??管，纯氧由射流管送入气化炉内与煤颗粒发生燃烧反应，中心区温度可达１２００°Ｃ，??炉内平均温度更高。中心高温区可以促进灰渣的熔聚过程，气化灰渣和煤粒因重??量差异而分离，从而有效降低了排出灰渣的含碳量，提高了煤炭利用效率。灰熔??聚流化床的操作关键是严格控制射流区温度
图１．５?Ｕ－Ｇａｓ气化工艺原理图［２１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｕ－Ｇａｓ?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??ＫＲＷ工艺［１３１是灰熔聚流化床气化原理在加压条件下的应用，如图１．６所示。??该气化炉主体为一个圆筒型反应器，由上粗下细的三段壳体构成。原煤及气化剂??由安装在气化炉底部的中心管喷入气化炉内，形成一个射流区，原煤在射流区内??发生燃烧反应，使得该区域内温度较高。煤灰颗粒在此处软化，并粘结在一起形??成团粒，当团粒的重力大于气流阻力时，落入下部锥形部分，从灰斗排出。粗煤??气从气化炉颈部排出，所携带的部分气化的飞灰经旋风分离器分离后，送入炉内??进行二次反应。ＫＲＷ技术与Ｕ－ＧＡＳ工艺在许多方面都很相似，主要特点是采用??加压气化。??产物煤ｎ??脱被削??＾?＾??Ｍｌ?／＾．??－＝１?［旋风分尚器??—Ｗ?Ｓｉ?Ｖ??Ｉ??ｊ婼坏细扮＂??Ｈ化炉＜??气化和脱蛾、?＾??［（＾??挣洽器＃?＾－煤敁??士
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Aspen Plus的循环流化床工业气化炉模拟[J]. 刘忠慧,于旷世,张海霞,朱治平. 化工进展. 2018(05)
[2]神华煤及混煤的循环流化床工业气化炉运行研究[J]. 于旷世,刘伟伟,张海霞,朱治平,吕清刚. 中国电机工程学报. 2017(20)
[3]Physicochemical Properties and Gasification Reactivity of the Ultrafine Semi-char derived from a Bench-scale Fluidized Bed Gasifier[J]. ZHANG Yukui,ZHANG Haixia,ZHU Zhiping,NA Yongjie,LU Qinggang. Journal of Thermal Science. 2017(04)
[4]准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究[J]. 张玉魁,张海霞,朱治平. 燃料化学学报. 2016(03)
[5]神华煤流化床气化带出细粉的粒径分离及分离后细粉的CO2气化特性研究[J]. 刘玉波,张永奇,王志青,李家州,黄戒介,赵建涛,房倚天. 燃料化学学报. 2016(01)
[6]硫元素对煤灰熔融性影响机理研究[J]. 曾野,熊金钰,代廷魁,陶然,李寒旭. 应用化工. 2016(04)
[7]前处理方法对准东煤中钠含量测定的影响[J]. 董倩,张海霞,朱治平. 洁净煤技术. 2015(02)
[8]我国煤化工发展前景[J]. 钱伯章. 上海化工. 2015(01)
[9]Effect of cooling rate on the crystallization behavior of perovskite in high titanium-bearing blast furnace slag[J]. Lu Liu,Mei-long Hu,Chen-guang Bai,Xue-wei Lü,Yu-zhou Xu,Qing-yu Deng. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(11)
[10]神木煤流化床气化带出细粉的特性[J]. 李风海,李振珠,黄戒介,房倚天. 燃料化学学报. 2014(10)
博士论文
[1]低阶煤热解半焦的燃烧特性和NOx排放特性试验研究[D]. 巩志强.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]细粉半焦预热燃烧及NOx生成特性实验研究[D]. 么遥.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[3]循环流化床双床煤气化及富氧煤气化试验研究[D]. 刘嘉鹏.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
[4]无烟煤粉预热及其燃烧和污染物生成特性实验研究[D]. 欧阳子区.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[5]低阶煤热解半焦的气化反应特性研究[D]. 范冬梅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[6]循环流化床双床煤气化工艺试验研究[D]. 于旷世.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[7]无烟煤粉循环流化床预热燃烧和NOx生成试验研究[D]. 王俊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[8]高温煤气化炉中煤灰熔融、流动和流变行为特性研究[D]. 宋文佳.华东理工大学 2011
[9]双流化床中煤热解—气化工艺试验研究[D]. 刘琦.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
[10]煤的部分气化及半焦燃烧系统集成研究[D]. 王俊琪.浙江大学 2009
硕士论文
[1]0.2MW细粉半焦预热燃烧试验研究[D]. 贺坤.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]细粉碳燃料在循环流化床的流动特性研究[D]. 周祖旭.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[3]煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验研究[D]. 孙付成.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[4]气化半焦在流化床实验台上燃烧特性研究[D]. 张旻晓.哈尔滨工业大学 2011
[5]流化床—气流床耦合反应器中煤气化过程的模拟研究[D]. 陈晓辉.太原理工大学 2011
[6]循环流化床半焦燃烧特性研究[D]. 余斌.浙江大学 2010
[7]高温煤基燃料燃烧和氮氧化物生成特性的试验研究[D]. 牛天钰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[8]循环流化床多联供冷态试验研究[D]. 王伟.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
[9]半焦孔隙结构和加压燃烧特性的试验研究[D]. 周毅.东南大学 2005
本文编号：2952075
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３温克勒气化工艺原理图［１８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｗｉｎｋｌｅｒ?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
?为克服以上这些缺点，通过提高气化炉的操作温度和压力，进一步开发了高??温温克勒工艺（ＨＴＷ）［１９］，如图１．４所示。ＨＴＷ气化炉操作压力维持在１－２．７５?ＭＰａ??范围内，温度在９５０－１０００°Ｃ之间。与Ｗｉｎｋｌｅｒ工艺相比，ＨＴＷ工艺采用更高的??压力，有效增加了气化炉负荷；更高的运行温度促进了煤的进一步深入转化，提??高了煤气化效率，降低了氧气消耗量；同时增加了外循环过程，可以实现粗煤气??中大颗粒带出物的分离，并返回至炉膛内再次参与气化反应，从整体上提高了碳??转化率。??▲?＾１?■■?丨〕—??ｉ?粗《气冷却ａ??—??—｜?思浮段??蓽汽和空气或??触床—＾???ｖｒｉｒ??ｔｒ交除灰装ａ??图１．４高温温克勒气化工艺原理图［１９】??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｗｉｎｋｌｅｒ?（ＨＴＷ）?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．２．２灰熔聚流化床气化技术??灰熔聚流化床是在鼓泡流化床基础上的改进［２（＾。在布风板中心处安装射流??管，纯氧由射流管送入气化炉内与煤颗粒发生燃烧反应，中心区温度可达１２００°Ｃ，??炉内平均温度更高。中心高温区可以促进灰渣的熔聚过程，气化灰渣和煤粒因重??量差异而分离，从而有效降低了排出灰渣的含碳量，提高了煤炭利用效率。灰熔??聚流化床的操作关键是严格控制射流区温度
图１．５?Ｕ－Ｇａｓ气化工艺原理图［２１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｕ－Ｇａｓ?ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??ＫＲＷ工艺［１３１是灰熔聚流化床气化原理在加压条件下的应用，如图１．６所示。??该气化炉主体为一个圆筒型反应器，由上粗下细的三段壳体构成。原煤及气化剂??由安装在气化炉底部的中心管喷入气化炉内，形成一个射流区，原煤在射流区内??发生燃烧反应，使得该区域内温度较高。煤灰颗粒在此处软化，并粘结在一起形??成团粒，当团粒的重力大于气流阻力时，落入下部锥形部分，从灰斗排出。粗煤??气从气化炉颈部排出，所携带的部分气化的飞灰经旋风分离器分离后，送入炉内??进行二次反应。ＫＲＷ技术与Ｕ－ＧＡＳ工艺在许多方面都很相似，主要特点是采用??加压气化。??产物煤ｎ??脱被削??＾?＾??Ｍｌ?／＾．??－＝１?［旋风分尚器??—Ｗ?Ｓｉ?Ｖ??Ｉ??ｊ婼坏细扮＂??Ｈ化炉＜??气化和脱蛾、?＾??［（＾??挣洽器＃?＾－煤敁??士
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Aspen Plus的循环流化床工业气化炉模拟[J]. 刘忠慧,于旷世,张海霞,朱治平. 化工进展. 2018(05)
[2]神华煤及混煤的循环流化床工业气化炉运行研究[J]. 于旷世,刘伟伟,张海霞,朱治平,吕清刚. 中国电机工程学报. 2017(20)
[3]Physicochemical Properties and Gasification Reactivity of the Ultrafine Semi-char derived from a Bench-scale Fluidized Bed Gasifier[J]. ZHANG Yukui,ZHANG Haixia,ZHU Zhiping,NA Yongjie,LU Qinggang. Journal of Thermal Science. 2017(04)
[4]准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究[J]. 张玉魁,张海霞,朱治平. 燃料化学学报. 2016(03)
[5]神华煤流化床气化带出细粉的粒径分离及分离后细粉的CO2气化特性研究[J]. 刘玉波,张永奇,王志青,李家州,黄戒介,赵建涛,房倚天. 燃料化学学报. 2016(01)
[6]硫元素对煤灰熔融性影响机理研究[J]. 曾野,熊金钰,代廷魁,陶然,李寒旭. 应用化工. 2016(04)
[7]前处理方法对准东煤中钠含量测定的影响[J]. 董倩,张海霞,朱治平. 洁净煤技术. 2015(02)
[8]我国煤化工发展前景[J]. 钱伯章. 上海化工. 2015(01)
[9]Effect of cooling rate on the crystallization behavior of perovskite in high titanium-bearing blast furnace slag[J]. Lu Liu,Mei-long Hu,Chen-guang Bai,Xue-wei Lü,Yu-zhou Xu,Qing-yu Deng. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(11)
[10]神木煤流化床气化带出细粉的特性[J]. 李风海,李振珠,黄戒介,房倚天. 燃料化学学报. 2014(10)
博士论文
[1]低阶煤热解半焦的燃烧特性和NOx排放特性试验研究[D]. 巩志强.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]细粉半焦预热燃烧及NOx生成特性实验研究[D]. 么遥.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[3]循环流化床双床煤气化及富氧煤气化试验研究[D]. 刘嘉鹏.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
[4]无烟煤粉预热及其燃烧和污染物生成特性实验研究[D]. 欧阳子区.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[5]低阶煤热解半焦的气化反应特性研究[D]. 范冬梅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[6]循环流化床双床煤气化工艺试验研究[D]. 于旷世.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[7]无烟煤粉循环流化床预热燃烧和NOx生成试验研究[D]. 王俊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[8]高温煤气化炉中煤灰熔融、流动和流变行为特性研究[D]. 宋文佳.华东理工大学 2011
[9]双流化床中煤热解—气化工艺试验研究[D]. 刘琦.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
[10]煤的部分气化及半焦燃烧系统集成研究[D]. 王俊琪.浙江大学 2009
硕士论文
[1]0.2MW细粉半焦预热燃烧试验研究[D]. 贺坤.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]细粉碳燃料在循环流化床的流动特性研究[D]. 周祖旭.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[3]煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验研究[D]. 孙付成.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[4]气化半焦在流化床实验台上燃烧特性研究[D]. 张旻晓.哈尔滨工业大学 2011
[5]流化床—气流床耦合反应器中煤气化过程的模拟研究[D]. 陈晓辉.太原理工大学 2011
[6]循环流化床半焦燃烧特性研究[D]. 余斌.浙江大学 2010
[7]高温煤基燃料燃烧和氮氧化物生成特性的试验研究[D]. 牛天钰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[8]循环流化床多联供冷态试验研究[D]. 王伟.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
[9]半焦孔隙结构和加压燃烧特性的试验研究[D]. 周毅.东南大学 2005
本文编号：2952075
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