煤加壓部分氣化試驗(yàn)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(duì)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(shí)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(yàn)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(shí)，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(yàn)，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(duì)煤部分氣化特性的影響。結(jié)果表明，溫度對(duì)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(duì)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(qiáng)度來實(shí)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(yàn)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(gè)工況的大型試驗(yàn)，最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)12小時(shí)。試驗(yàn)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(jì)算值接近(比同工況的理論計(jì)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(dòng)流化床整個(gè)工作區(qū)的工作溫度比較均勻，工況穩(wěn)定，在噴動(dòng)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(guó)內(nèi)外相同規(guī)模的部分氣化爐對(duì)比研究結(jié)果表明，主要?dú)饣笜?biāo)達(dá)到了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，如煤氣熱值高于國(guó)外同級(jí)規(guī)模中試裝置的煤氣熱值(英國(guó)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(guó)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(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，具有中心射流的噴動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)流動(dòng)、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(jì)算值與小試和中試試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比后顯示，本模型對(duì)煤加