半焦孔隙結構和加壓燃燒特性的試驗研究.pdf

1、不斷發(fā)展的第二代增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電技術是潔凈煤技術(CCT)在理念上的更新和完善，是潔凈煤技術發(fā)展的新階段。實施煤熱解、氣化、燃燒的分級轉化和綜合利用，就是根據(jù)煤不同形態(tài)的特點，采用優(yōu)化和集成的概念，達到既能使用常規(guī)的技術脫除煤利用過程中的污染物，又能實現(xiàn)其高效轉化和清潔利用的目的。半焦加壓燃燒是第二代PFBC-CC技術的重要組成部分。因此本課題直接選用了常壓工業(yè)流化床和中試規(guī)模增壓噴動流化床氣化爐半焦，對原煤

2、和半焦進行了孔隙結構和表面形態(tài)的測定和分析，對半焦的加壓燃燒特性進行了系統(tǒng)地試驗研究，并在中試規(guī)模熱輸入1MWt增壓流化床燃燒室內(nèi)進行了半焦燃燒的驗證試驗。 用氮氣等溫吸附(77K)法測量了原煤和加壓、常壓部分氣化后半焦的BET比表面積，并通過BJH法計算了孔比表面積、比孔容、孔徑和孔分布。結果表明，原煤在轉化為半焦的過程中，孔隙結構變得發(fā)達，比表面積、孔比表面積和孔容積明顯增大。實驗發(fā)現(xiàn)半焦的孔比表面積和孔容積分布曲線存在兩個

3、明顯的峰值，第一個尖峰對應的孔徑稍小于2nm，表明微孔的比表面積大大增加；第二個尖峰對應的孔徑在3.8nm左右，說明中孔的比表面積增加很快以至于出現(xiàn)了中孔的擴展。加壓氣化后的半焦孔隙結構更加發(fā)達，加壓氣化比常壓氣化更能促進半焦孔隙的生成和發(fā)展。 從氣化條件、半焦顆粒粒徑、半焦工業(yè)分析成分三方面定性分析了影響半焦孔隙結構的因素。常壓噴動流化床氣化中，揮發(fā)分析出和熱解反應對半焦孔隙的發(fā)展和生成起到主導作用；加壓氣化過程中，碳的氣化反

4、應對半焦孔隙的生成和發(fā)展有明顯的促進作用。在一定的氣化工況下，煤焦可能存在一個合適的顆粒尺寸范圍，使得揮發(fā)分的析出比較徹底，煤焦氣化反應進行得比較充分，半焦顆粒的比表面積、孔比表面積和孔容積都能得到充分的發(fā)展。本實驗中，對常壓氣化該合適的粒徑范圍是1mm～1.5mm，對加壓氣化為0.5mm～1mm。利用掃描電鏡，得到了不同粒徑原煤和半焦樣品的表觀結構圖像，進一步證實了加壓半焦比常壓半焦有更為發(fā)達的孔隙結構。 在小型加壓試驗臺上，

5、分別對原煤和兩種半焦進行了系統(tǒng)的燃燒特性試驗研究；在大型增壓流化床燃燒試驗臺上，進行了半焦加壓燃燒的驗證試驗。研究結果表明：系統(tǒng)壓力對煤和半焦的燃燒有不同的影響。隨系統(tǒng)壓力的增加，爐膛溫度逐漸升高，燃燒效率也相應增大；在壓力接近于0.5MPa左右時，壓力增加，煤的燃燒效率增加減緩，但半焦的燃燒效率仍然增加顯著。這一結果對第二代PFBC燃燒室內(nèi)半焦的燃燒有指導意義。在較低的系統(tǒng)壓力下，過量空氣系數(shù)對半焦燃燒效率有較大的影響；在較高的系統(tǒng)壓

6、力下，壓力對燃燒的影響占主導因素，過量空氣系數(shù)的合適范圍以不超過1.5為宜。壓力下，初始靜止床層高度對半焦的燃燒效率有較大影響。對噴動流化床，隨靜止床高的增加，燃燒效率呈先增大后減小的趨勢，對一定的試驗裝置，存在一個合適的靜止床層高度的范圍。本文實驗條件下，靜止床層高度在280～320mm之間比較合適。床層溫度受燃料給料量、過量空氣系數(shù)、爐膛壓力、靜止床層高度、空氣預熱溫度等工況參數(shù)的綜合影響，進而影響半焦的燃燒效率。床層溫度提高時，燃