煤加壓部分氣化試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、基于煤部分氣化一半焦燃燒技術(shù)路線的第二代加壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是本世紀(jì)最有發(fā)展前途的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，加壓煤部分氣化是其中的關(guān)鍵技術(shù)。本文通過小試、中試和數(shù)值模擬等手段對煤在加壓帶射流的流化床中的部分氣化行為進(jìn)行了較系統(tǒng)研究，旨在掌握影響煤部分氣化行為的關(guān)鍵因素，為今后的工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)。 在0.1MWth小試裝置上首次成功實現(xiàn)氣化介質(zhì)—空氣/蒸汽高度預(yù)熱煤的流化床氣化工藝，入口空氣/蒸汽溫度達(dá)到700℃，試驗結(jié)果表明

2、，當(dāng)其它條件不變的情況下，氣化劑預(yù)熱溫度由300℃提高到700℃時，煤氣熱值提高幅度可達(dá)20％以上。為配合2MWth中試裝置的試驗，在小試裝置上還進(jìn)行了溫度、壓力、空氣系數(shù)和汽煤比等工藝參數(shù)對煤部分氣化特性的影響。結(jié)果表明，溫度對煤氣成分和碳轉(zhuǎn)化率影響最為明顯，提高氣化溫度可大幅改善煤氣質(zhì)量和碳轉(zhuǎn)化率；壓力對氣化反應(yīng)的影響是通過改善流化質(zhì)量和提高反應(yīng)強度來實現(xiàn)的；空氣系數(shù)和汽煤比是優(yōu)化煤氣化工況的重要參數(shù)。 在小試裝置試驗的基礎(chǔ)

3、上，構(gòu)建了2MWth加壓煤部分氣化中試系統(tǒng)，并在該裝置成功地進(jìn)行了三次、四個工況的大型試驗，最長連續(xù)運行時間達(dá)12小時。試驗中成功地進(jìn)行深床層氣化工藝的嘗試，取得了很好的效果，表現(xiàn)為煤氣熱值和理論計算值接近(比同工況的理論計算平衡熱值低8％～12％)，碳轉(zhuǎn)化率較淺床氣化有明顯的提高，噴動流化床整個工作區(qū)的工作溫度比較均勻，工況穩(wěn)定，在噴動區(qū)入口以上0.86m至床層5.26m的范圍以內(nèi)最大溫度偏差僅30℃，為工業(yè)應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。

4、與國內(nèi)外相同規(guī)模的部分氣化爐對比研究結(jié)果表明，主要氣化指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)外先進(jìn)水平，如煤氣熱值高于國外同級規(guī)模中試裝置的煤氣熱值(英國CRE中試裝置HHV3.7～3.9MJ/Nm3，日本若松PDU中試裝置LHV3.3～4.02MJ/Nm3)，接近于美國PSDF更大規(guī)模中試裝置產(chǎn)生的煤氣熱值(HHV4.85MJ/Nm3)。 通過小試與中試裝置試驗結(jié)果對比表明，具有中心射流的噴動流化床或射流流化床在放大的過程中具有明顯的放大效應(yīng)。放大效

5、應(yīng)主要表現(xiàn)在以下二個方面：中試裝置氣固接觸效率下降明顯；中試裝置的散熱損失僅有小試裝置的一半。文章中還提出了兩種具有中心射流的流化床的放大方案的設(shè)想。 為進(jìn)一步研究煤加壓部分氣化過程，建立了具有中心射流的流化床一維非等溫分區(qū)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。模型中采用反應(yīng)平衡理論和反應(yīng)動力學(xué)分別模擬煤脫揮發(fā)分和焦炭氣化過程，并考慮了壓力對流動、燃燒和氣化反應(yīng)的影響以及懸浮空間的反應(yīng)和散熱損失。模型計算值與小試和中試試驗結(jié)果對比后顯示，本模型對煤加