循环流化床双床煤气化及富氧煤气化试验研究

【摘要】：我国能源结构以煤为主的局面和缺油少气的情况将长期不会改变,许多下游工艺要求以无尘的液态和气体燃料作为燃烧燃料,而天然气价格昂贵。目前,工业燃气行业广泛使用的煤气化技术为固定床煤气化技术,该技术普遍存在规模小污染大的问题。因此,目前迫切需求开发经济高效、环境友好的煤气化技术,满足工业燃气行业的生产需求。本论文在利用循环流化床煤气化技术优势的基础上,以提高煤气热值为目标,研究了循环流化床双床煤气化特性及循环流化床富氧煤气化特性。通过基础试验研究确定了循环流化床双床煤气化试验装置的主要参数运行区间。在设计给煤量10 kg/h的试验台上,分析了不同条件下循环流化床双床煤气化及循环流化床富氧煤气化的煤气性质及系统效率的变化特性,分析了两种煤气化工艺的优势操作区间,为工业应用提供了理论和试验依据。使用电加热立式管式炉、热重分析仪和改造的鼓泡床试验台,对比分析了固体热载体和温度对半焦结构、气化活性及热解炉稀相区产物的影响,确定了热解炉热解方式及对提高煤气品质有利的温度区间。在循环流化床双床煤气化试验装置上,以神木烟煤、大同烟煤、港口褐煤和新疆半焦为燃料,进行了不同空气煤比和蒸汽煤比的试验。结果表明,空气煤比2.1m3/kg时,产品煤气热值为3.53 MJ/m3,冷煤气效率达到42.77%,两者均达到最高值,焦油含量低至0.03 g/m3。继续增加空气煤比至2.4 m3/kg时,可有效消除产品煤气中的焦油。此外,气化剂中通入适量水蒸汽可达到提高热值、消除焦油的效果。当水蒸汽煤比为0.1 kg/kg时,产品煤气中未检测到焦油,煤气热值达到3.58 MJ/m3。通过热解煤气、气化煤气及产品煤气的对比分析得出：高温热解提取挥发分与热解半焦气化制取混合煤气可有效提高产品煤气热值,热解焦油在气化炉稀相区的裂解反应也促进了产品煤气热值的提高。在循环流化床富氧煤气化试验装置上,以神木煤为燃料,进行了不同氧气浓度、气化当量比和气化强度的试验。试验结果表明,随氧气浓度升高,煤气热值、冷煤气效率和碳转化率均不断增大；氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg:气化当量比升高不利于煤气热值的提高,当气化当量比从0.20增加至0.29时,煤气热值从6.04 MJ/m3降低至5.24 MJ/m3:随气化强度增大,煤气中的H2、CO体积百分比下降,系统碳转化率及冷煤气效率也均有所降低。根据不同氧气浓度的试验结果,提出了制氧电耗增加与燃气热值升高导致的收支变化的计算方法,并根据该方法将收支变化情况划分为三种类型,为工业放大后循环流化床富氧煤气化技术的选择提供了判断依据。 【关键词】：循环流化床 双床气化 富氧气化 工业燃气
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 符号表9-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 工业燃气现状16-17
• 1.1.2 煤制工业燃气技术现状17-19
• 1.2 双床气化技术研究现状19-27
• 1.2.1 气化产煤气的双床气化技术19-22
• 1.2.2 热解产煤气的双床气化技术22-24
• 1.2.3 中国科学院工程热物理研究所双床气化技术24-27
• 1.3 富氧气化技术研究现状27-29
• 1.3.1 国内研究现状27-28
• 1.3.2 国外研究现状28-29
• 1.4 本论文研究思路29-30
• 1.5 本论文的研究目的及主要内容30-32
• 第二章 循环流化床双床煤气化基础实验研究32-54
• 2.1 引言32
• 2.2 试验装置及方法32-37
• 2.2.1 试验物料32-33
• 2.2.2 试验方法33-37
• 2.3 立式管式炉热解试验结果37-43
• 2.3.1 固体热载体的影响37-40
• 2.3.2 热解温度的影响40-43
• 2.4 神木半焦热重实验结果43-52
• 2.4.1 固体热载体对半焦气化活性的影响43-47
• 2.4.2 热解温度对神木半焦气化活性的影响47-48
• 2.4.3 神木半焦气化反应模型分析48-52
• 2.5 本章小结52-54
• 第三章 热解炉稀相区热解试验研究54-66
• 3.1 引言54
• 3.2 试验装置及方法54-57
• 3.2.1 试验物料54-55
• 3.2.2 试验系统55-57
• 3.3 试验过程及分析方法57-59
• 3.3.1 试验过程57
• 3.3.2 分析方法57-58
• 3.3.3 参数计算58-59
• 3.4 试验结果及分析59-65
• 3.4.1 产物分布情况59-60
• 3.4.2 半焦60-61
• 3.4.3 焦油61-63
• 3.4.4 热解气63-65
• 3.5 本章小结65-66
• 第四章 循环流化床双床煤气化试验研究66-112
• 4.1 引言66-67
• 4.2 试验系统67-69
• 4.2.1 试验物料67
• 4.2.2 试验系统67-69
• 4.3 试验过程及分析方法69-72
• 4.3.1 试验过程69-70
• 4.3.2 煤气分析70
• 4.3.3 焦油分析70-71
• 4.3.4 参数计算方法71-72
• 4.4 试验结果及分析72-100
• 4.4.1 空气煤比的影响72-83
• 4.4.2 蒸汽煤比的影响83-93
• 4.4.3 煤种的影响93-100
• 4.5 系统平衡校核100-107
• 4.6 单床气化与双床气化对比分析107-109
• 4.7 本章小结109-112
• 第五章 循环流化床富氧煤气化试验研究112-136
• 5.1 引言112
• 5.2 试验装置112-113
• 5.3 调试113-120
• 5.3.1 试验物料113-115
• 5.3.2 试验方法及内容115-116
• 5.3.3 调试结果及分析116-120
• 5.4 试验120-131
• 5.4.1 试验物料及工况120-122
• 5.4.2 试验方法122
• 5.4.3 试验结果及分析122-131
• 5.5 经济操作区间分析131-134
• 5.6 本章小结134-136
• 第六章 结论与展望136-139
• 6.1 结论136-137
• 6.2 未来工作展望137-139
• 参考文献139-147
• 攻读博士学位期间发表的学位论文147-148
• 攻读博士学位期间参与的科研课题148-149
• 致谢149

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