先进燃煤联合循环高温陶瓷过滤器研究

发布时间：2020-07-30 03:50

【摘要】：深入研究了先进燃煤联合循环高温煤气(烟气)陶瓷过滤元件的过滤机理、过滤流动及过滤特性,为今后合理地设计及优化陶瓷过滤元件结构、解决工程实际难题提供可靠的理论依据。通过对影响陶瓷过滤元件过滤性能的几种重要机制以及重要影响因素的研究,提出了过滤元件“实际分级最小厚度”概念,为今后陶瓷过滤元件的优化设计提供必要的理论依据。深入分析了主要流动参数和结构参数对于陶瓷过滤器过滤效率和压力降等特性的影响。结果表明,直径为20 μm 左右的陶瓷颗粒组成的陶瓷过滤介质,对于含尘气体中直径为5 μm 的灰尘颗粒具有很高的分级过滤效率,而且压降较小,对应的实际分级最小厚度为几百微米左右,适合于IGCC 的高温陶瓷过滤元件采用。为了减小或消除陶瓷过滤元件之间的粉尘“架桥”现象,首次提出非均匀孔隙率陶瓷过滤元件的概念,推导出孔隙率、孔隙流速以及陶瓷过滤元件内外压降等参数沿轴向分布函数的表达式,对其可用性作了论证。进一步完善和改进了陶瓷过滤器试验装置对试验系统除尘系统的关键部件。对新研制的微细微量固体颗粒螺旋加料器的标定实验表明,对于20μm 左右的神木煤粉,流量可以准确控制在0.1 g /min 到5g /min 之间。对于颗粒平均直径为10 μm 左右的石英沙,流量可以准确控制在0.3 g/min到16g /min 之间。试验表明,陶瓷过滤元件沿轴向的不同位置,压降和孔隙流速有较大的差别;压降与流量关系曲线的非线性区将导致流动损失的增加。因而采用非均匀孔隙率的陶瓷过滤元件或锥状截面的陶瓷过滤元件是合适的。陶瓷过滤元件沿轴向各部位脉冲压力峰值随着喷射压力的增大而增大。多数情况下,动态压力曲线呈现“W”型。在不同的喷吹压力和脉冲宽度下,“W”型曲线可能退化为“N”型曲线或“L”型曲线。给出了为保证反吹系统性能的实现以及降低能耗应该采取的措施。
【学位授予单位】：西安交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：X701.2
【图文】：

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%[8]。我国陆续引进多台300MW、500MW、600MW、800MW超临界机组。同时，“600MW火电超临界机组的研制”被科技部列为“十五”863国家重大技术装备研制和国产化项目[7]。除了发展超临界机组外，在煤的高效、清洁燃烧技术方面，各种燃煤的蒸汽燃气联合循环的发展最令人瞩目。它不仅大幅度地提高燃煤电厂的热效率，而且使污染得到良好的控制，是一种高效联合循环和洁净燃烧相结合的先进发电技术。国际上发展的先进燃煤联合循环发电技术主要包括：整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术、增压流化床燃烧(PFBC)联合循环发电技术、整体煤气化燃料电池联合循环(IGFC-CC)发电技术、整体煤气化湿空气透平(IGHAT)联合循环发电技术、部分煤气化联合循环(ABGC)发电技术、多联产与综合利用的IGCC系统等。目前，整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)、增压流化床燃烧联合循环(PFBC) 发电技术已经走过了商业化示范阶段，正在走向商业化应用阶段[9-10]。增压流化床燃烧联合循环技术在20世纪60年代末在英国开创，后经多个国家(英国、瑞典、美国、德国、日本等)的研究开发，于20世纪90年代初进入商业运行阶段[11]。典型的增压流化床燃烧联合循环电站如图 1-1 所示。其工艺流程为：增

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[14-17]。第二代PFBC电站如图1-2所示。由图可见，第二代PFBC技术采用部分气化和前置燃烧的方法把燃气轮机的入口温度提高到1100 C～1300 C，同时采用超临界蒸汽参数,使联合循环效率有可能达到45 %～48 %[15]。这种先进的发电系统尚处于中试阶段，预计在21世纪初期能进入商业运行阶段。在美国DOE的CCT计划中，已把Lakeland McIntosh电站4#机组B作为第二代图 1-2 第二代 PFBC-CC 电站示意图[17]

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River、Tampa 和 Pinon Pine 电站和西班牙的 Puertollano 电站和荷兰的Buggenum 电站等 IGCC 示范工程。近 20 年 IGCC 技术发展迅速，其系统净效率已经提高到 42%～46%，单机功率已达到 300MW 等级，正在由商业化示范走向商业化应用。在走向商业化应用的同时，许多学者又在构思新一代 IGCC 的框架和技术突破口。为了跟上国际 IGCC 发展的步伐，也为了较大幅度地提高中国燃煤发电机组的效率，并满足国内日趋严格的烟气排放标准，国家于 1994 年成立了 IGCC 示范项目领导小组，有计划地安排了 IGCC 研究课题[32-35]。1994～1996 年华北电力设计院与美国 Texaco 和 GE 公司共同完成了 200MW 级和400MW 级湿法加料 IGCC 项目初步可行性研究，1997 年华北电力设计院和西安热工研究院与 Shell 公司共同完成了 300MW 级和 400MW 级干法加料 IGCC 项目初步可行性研究。为了在 21 世纪推广和应用先进的 IGCC 技术，国家已经完成了北京和烟台 IGCC 示范项目的可行性研究，国家计委已经批准在山东烟台建立 300MW 或 400MW 等级的 IGCC 示范电站[36]。相关单位正在进行示范电站气化工艺和系统选择，针对国外 5 座大型 IGCC电站进行考察，为下一步选择技术合作伙伴打下基础。图 1-3 为西班牙 Puertollano IGCC 电站示意图。由图可以看出，整体

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