煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验研究

【摘要】：流化床煤气化技术是煤清洁高效利用的主要技术之一,受煤气化反应速率等因素影响,流化床煤气化炉尾部带出的煤气化细粉灰碳损失较高,导致煤气化的碳转化率降低。综合利用煤气化细粉灰成为制约流化床煤气化工艺进一步发展的技术瓶颈。对煤气化细粉灰进行再燃利用可以提高煤炭转化率,煤气化细粉灰具有粒径超细、灰分高、挥发分几乎为零等特点,其燃烧反应活性较差、着火及燃尽温度高,常规煤粉炉及循环流化床锅炉无法实现煤气化细粉灰的高效燃烧。本文系统研究煤气化细粉灰的燃烧特性、硫与氮元素的转化特性,主要结论如下：化学成分和微观结构决定了煤气化细粉灰的燃烧特性。煤气化细粉灰经历了循环流化床煤气化过程,孔隙结构和表面形态发生变化。以位于聊城及宿迁的循环流化床煤气化炉产生的煤气化细粉灰为研究对象,利用激光粒径分析表征了煤气化细粉灰的粒径分布,利用低温氮吸附技术对煤气化细粉灰进行了孔径分布和比表面积测试,利用热重分析仪考察样品来源和粒径等对煤气化细粉灰燃烧特性的影响,获得了煤气化细粉灰的燃烧特性指数和活化能。研究结果表明,原煤的燃烧特性指数均明显高于对应的煤气化细粉灰；两种煤气化细粉灰的取样位置略有差异,聊城煤气化细粉灰包含了一部分布袋除尘器分离飞灰,因此粒径更小,其比孔容积为宿迁煤气化灰的2.3倍,孔隙结构更发达,比表面积更大；聊城煤气化细粉灰的燃烧特性指数高于宿迁煤气化细粉灰,除了二者的组分有所差异之外,更大的比表面积和更为发达的孔隙结构也有助于其着火和燃尽。煤气化细粉灰中硫与氮元素含量较高,掌握煤气化细粉灰燃烧过程硫与氮的转化机理对于污染物的排放控制至关重要。利用X射线光电子能谱仪(XPS)对比分析了原煤及对应的煤气化细粉灰中硫和氮的赋存形态,考察了原煤经循环流化床煤气化转化为煤气化细粉灰的过程中硫和氮的赋存形态及含量的变化,利用热重-质谱联用仪(TG-MS)研究了煤气化细粉灰燃烧过程S02和NO的生成特性。结果表明,煤气化细粉灰中的硫和氮元素的结合能高于对应的原煤,燃烧过程中SO2和NO的释放温度也高于原煤；煤气化细粉灰中硫化物硫和硫酸盐硫减少,噻吩硫和亚砜硫增加；各形态氮含量均降低,不同形态氮元素的析出率不同。在掌握了煤气化细粉灰的理化特征、燃烧特性和污染物排放特性的基础上,进行了煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验,通过改变二次风口位置、二次风份额、流化速度等,考察了提高煤气化细粉灰燃烧效率、控制NO与S02排放的关键因素,对比研究了不同煤种的煤气化细粉灰的燃烧特性。研究结果表明,两种煤气化细粉灰均可以在循环流化床内稳定燃烧,且燃烧效率均超过了98%,二次风的合理布置、更高的料腿二次风份额以及更长的炉内停留时间有助于提高煤气化细粉灰额燃烧效率,提高旋风分离器的分离效率可以提高煤气化细粉灰的燃烧效率。 【关键词】：煤气化细粉灰 循环流化床 燃烧特性 硫与氮转化
【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】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 符号表10-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 课题研究背景及意义14-19
• 1.2 本学科领域研究现状19-25
• 1.2.1 理化特性研究20-22
• 1.2.2 燃烧特性研究22-24
• 1.2.3 煤气化特性研究24-25
• 1.3 研究目的及研究内容25-27
• 1.3.1 研究目的25-26
• 1.3.2 研究内容26-27
• 第二章 煤气化细粉灰的理化特征及燃烧特性研究27-49
• 2.1 引言27
• 2.2 实验样品27-29
• 2.3 粒径及孔隙结构分析29-34
• 2.4 热重实验分析34-47
• 2.4.1 实验设备及条件34-35
• 2.4.2 燃烧特性表征35-39
• 2.4.3 热重实验结果及分析39-47
• 2.5 本章小结47-49
• 第三章 煤气化细粉灰硫与氮元素转化分析49-58
• 3.1 引言49
• 3.2 实验设备及参数49-50
• 3.3 结果分析及讨论50-56
• 3.3.1 硫元素转化分析50-53
• 3.3.2 氮元素转化分析53-55
• 3.3.3 粒径对硫与氮元素赋存形态的影响55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 煤气化细粉灰的循环流化床燃烧特性58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 试验物料58-59
• 4.3 循环流化床中试平台59-62
• 4.3.1 中试平台介绍59-61
• 4.3.2 烟气分析61-62
• 4.4 燃烧试验条件62-63
• 4.4.1 宿迁煤气化细粉灰工况62
• 4.4.2 聊城煤气化细粉灰工况62-63
• 4.5 结果分析63-71
• 4.5.1 二次风口位置对煤气化细粉灰燃烧的影响63-64
• 4.5.2 料腿二次风份额对煤气化细粉灰燃烧的影响64-65
• 4.5.3 流化速度对煤气化细粉灰燃烧的影响65-66
• 4.5.4 宿迁煤气化细粉灰燃烧效率及排放分析66-68
• 4.5.5 聊城煤气化细粉灰燃烧效率及排放分析68-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 结论与展望72-74
• 5.1 主要结论72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士期间发表论文及参与课题78-79
• 致谢79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

循环流化床锅炉飞灰特性研究    原永涛;杨倩;齐立强;

灰熔聚流化床粉煤气化技术加压大型化研发新进展    房倚天;王洋;马小云;黄戒介;吴晋沪;程中虎;陈寒石;

循环流化床锅炉飞灰残碳燃烧特性的实验研究    罗海华;张世红;陈汉平;刘德昌;杨海平;

现代煤气化技术的开发与进展    黄戒介,房倚天,王洋

流化床气化炉半焦细粉水蒸气再气化特性及动力学研究    景旭亮;王志青;房倚天;

升温速率对胜利褐煤热解过程中N迁移转化的影响    张书;白艳萍;米亮;郑盼盼;陈绪军;许德平;王永刚;

高碳团聚飞灰的燃烧特性    李登新,吕俊复,刘青,张建胜,岳光溪

快速热解褐煤焦的比表面积及孔隙结构    刘辉,吴少华,孙锐,徐睿,邱朋华,李可夫,秦裕琨

流化床常压空气部分气化和半焦燃烧的试验研究    刘耀鑫;李润东;杨天华;方梦祥;骆仲泱;

燃烧中气化半焦孔隙结构特性变化实验研究    孙锐;张鑫;Leungo Kelebopile;廖坚;吴少华;

典型高硫煤热解过程中硫、氮的变迁及其交互作用机制    王美君

灰熔聚气化残炭颗粒在高温条件下的燃烧特性研究    张鑫

煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究    肖三霞

油页岩流化燃烧过程中表面特性的变化    孙佰仲;周明正;刘洪鹏;王擎;关晓辉;李少华;

基于响应面法的煤气化工艺参数效应分析    张进春;侯锦秀;

煤粉加压气流床气化特性实验研究    乌晓江;张忠孝;朴桂林;小林信介;森滋胜;板谷义纪;陈国艳;

金属催化剂对褐煤热解气体产物析出影响的实验研究    杨景标;蔡宁生;张彦文;

双高煤干法气化炉的气化试验研究    唐志国;唐超君;邓吉龙;邢献军;林其钊;

气流床气化炉飞灰理化性质的研究    顾菁;李德飞;陈作真;吴诗勇;吴幼青;高晋生;

300MW循环流化床锅炉减排与辅机节电    李永茂;

气化炉渣合成Ca-α-Sialon–SiC复相陶瓷    尹洪峰;汤云;任耘;张军战;

劣质粉煤利用途经及气化工艺    王斌;田亚鹏;

烟煤空气气化半焦的孔隙特性    王俊琪;张小明;

大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用    徐远纲

典型煤种热解气化特性研究    石金明

低阶煤水热改性制浆的微观机理及燃烧特性研究    赵卫东

煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究    许慎启

不同热解过程产物炭的理化性质及石油焦催化气化反应特性研究    吴幼青

褐煤提质及其燃烧行为特性的研究    李先春

配煤与新型助熔剂改进Shell煤气化工艺的研究    李继炳

气流床煤气化工艺性能稳健优化与控制研究    张进春

正压水平过滤过程及其新型装置研究    黄文锋

煤颗粒热反应过程中宏观动力学模型的构建    费华

义马煤气化反应性研究    谷小虎

水煤浆气流式雾化特性研究    程维

两段式化学热回收煤气化工艺冷态及热态的研究    焦延涛

分级燃烧控制无烟煤NOX排放的试验研究    周宁

动力煤煤质与燃烧特性关系的基础研究    刘明锐

循环流化床锅炉飞灰微观特性的实验研究    刘娟娟

助熔剂在煤气化过程中的作用及其机理    左永飞

煤热解过程中噻吩类有机硫释放特性的研究    邢孟文

耦合式煤气化炉操作参数及其放大过程对煤气化特性的影响    贾亚龙

流化床—气流床耦合反应器中煤气化过程的模拟研究    陈晓辉

煤气化半焦的孔隙结构    段钰锋,周毅,陈晓平,赵长遂,章名耀,金保升

炉膛传热计算方法的发展状况    刘林华

煤粉燃烧反应动力学参数的试验研究    朱群益,李瑞扬,秦裕琨,孙恩召

循环流化床锅炉的飞灰含碳量问题    吕俊复,张守玉,刘青,张建胜,杨海瑞,岳光溪,沈解忠,于龙

空气鼓风流化床煤部分气化炉煤气成分与热值试验    肖睿,金保升,欧阳嘉,周宏仓,章名耀

关于我国发展先进燃煤发电技术的建议    章名耀，李大骥，蔡宁生，徐益谦

采用热天平研究煤粉燃烧特性时的零维燃烧模型    朱群益，赵广播，秦裕琨，孙恩召

湖南莱阳无烟煤和福建龙岩无烟煤燃烧的表观化学动力学特性    张喜文,曹鹏飞,于梅

循环流化床运行中环保问题的探讨    史建波,韩道汶,孙学耕,丘雷

电除尘器不同电场飞灰含碳量分布规律的研究    齐立强,原永涛,张建平,李铁南

煤热解、气化过程中含氮化合物的生成与释放研究    常丽萍

煤及煤岩显微组分热解、气化过程中氮的迁移机理    林建英

高温条件下NO-焦炭反应动力学的研究    张聚伟

杂原子类煤结构模型化合物的热解及含硫化合物脱除的量子化学研究    凌丽霞

中国西部弱还原性煤热化学转化特性基础研究    王俊宏

煤热解过程中噻吩类有机硫释放特性的研究    邢孟文

煤焦颗粒燃烧特性实验和数值模拟研究    廖坚

灰熔聚气化残炭颗粒在高温条件下的燃烧特性研究    张鑫

矿物质对煤热解/气化过程中氮迁移的影响    赵娅鸿

煤中固有矿物质及Fe添加剂对西部煤热解气相产物生成的影响    何秀风

新一代钢厂煤气利用模式和生态化转型设想    胡长庆;张春霞;殷瑞钰;

气相色谱在煤气热值成分分析中的应用    杨四川;

煤气倒窜事故的原因及对策    王又耘;

用于煤气化的窑煤气技术    A.V.Soriano,高建辉

煤气平衡中几个问题的探讨    朴树声;

冶金企业煤气的合理使用和节约挖潜    林诚

提高煤气综合利用水平,减少煤气放散    黎能军

热煤气的应用技术研究    翟勇,范垂刚,尹洪超,崔峨

气相色谱法分析煤气组分    王广喜;王立国;徐钢;

利用低质燃料实现城镇煤气化    郭树才;

加强计量管理,煤气计量在南钢的运用    董书云;

季节变化对煤气热值的影响    董书云;张林;

钢铁企业煤气资源结构优化与高效利用    张大伟;张琦;孙文强;田永华;

输送热煤气作为玻璃制品退火燃料的探讨    李茹;

一种新的钢铁企业煤气数据校正模型    聂秋平;吴敏;杜友武;熊永华;

混合煤气热值变化对计量的影响    董书云;

应用气相色谱法分析焦炉煤气的研究    马永昌;李兰群;

包钢燃气厂煤气加压工艺新模式解决大难题    记者 王平　通讯员 黄燕玲

钢铁厂高能效利用副产煤气的可行途径    李晓清 译

钢铁生产中三种煤气最大利用价值研究    马庆涛 高致远

炼焦煤气资源化利用，路在何方？    丰恒夫

济南钢铁：资源高效梯级利用    张佩颖

循环流化床双床煤气化及富氧煤气化试验研究    刘嘉鹏

常压循环流化床煤气化试验与模型研究    张荣光

整体煤气化湿空气透平(IGHAT)循环关键部件的特性建模与实验研究    孙博

煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验研究    孙付成

固定床煤气化数值模拟及优化    张亚苗

煤气中羰基硫的加氢催化转化研究    高成强

煤气化生产冶金煤气的实验研究    刘长江

钢铁企业基于消耗预测模型的煤气自动平衡方法及其应用    戴朝晖

钢铁企业煤气消耗预测模型及其应用研究    李玲玲

关于煤气化焦油裂解实验及无焦油气化技术的研究    夏明