加压双流化床煤分级转化：半焦燃烧特性及反应器设计研究

摘要

煤炭资源在我国经济发展过程中举足轻重,但一直存在利用效率低、污染严重和资源浪费等问题.作为实现煤炭清洁高效利用的有效手段,加压煤分级转化实现了煤加压热解与半焦加压燃烧的耦合,且能在有限的资源条件下获得更多的高附加值产品、更高的利用效率及更大的经济效益.本文针对加压煤分级转化中的半焦加压燃烧过程开展了相关研究,旨在掌握半焦加压燃烧特性,进而为双流化床煤分级转化装置中燃烧反应器的设计、放大及优化提供理论及数据支持. 在水平加压管式炉中制备了低温热解半焦,并开展了工业、元素分析等研究以掌握半焦的成分特性;利用加压热重分析仪研究了半焦的加压燃烧特性与动力学特性,同时分析了煤种对半焦燃烧特性的影响,讨论了不同工况下半焦燃烧过程的失重规律.采用扫描电镜与氮气吸附仪分别研究了半焦的表面形貌与孔隙结构特性,揭示了不同制备工况对半焦孔隙结构的影响. 建立了半焦加压燃烧机理实验研究系统,以陕西黑龙沟煤半焦为对象,研究了燃烧压力、半焦种类、半焦粒径对半焦燃烧污染物排放和灰渣矿物转化的影响.结果表明,随着燃烧压力的升高,碳氧化物排放量增多,NO和SO2减少,NO排放浓度随压力升高呈多峰分散分布,SO2排放滞后且峰值减小,半焦粒径越大,半焦燃烧产生的CO2和NO增多,CO和SO2减少,煤气气氛热解所得半焦在燃烧时释放出的4种污染物均略大于氮气气氛.同时,随着压力的升高或半焦粒径的减小,由于半焦燃烧过程由非均相燃烧向均相燃烧过渡,灰渣中高温矿物减少,低温矿物增多,不同气氛下制得的半焦燃烧灰渣特性差别很小. 基于机理实验研究,对加压双流化床中半焦燃烧反应器部分开展了结构及流程设计,首先进行了尺寸及热力计算,热力计算热效率值为84.95%,设计半焦进料量为210kg/h.针对所设计的流程,利用ASPEN PLUS为半焦加压燃烧做了初步模拟,并考察了压力和半焦种类对燃烧过程中污染物排放的影响,为反应器的设计提供了有益参考和指导意义. 最后,基于半焦加压燃烧反应器的结构设计与流程模拟,参与搭建了加压双流化床煤分级转化中试试验平台的燃烧反应器部分,并实现了系统的稳定运行,开展了不同燃烧压力、燃烧温度、一二次风比例下半焦的加压流化床燃烧初步实验,为半焦燃烧的进一步研究提供参考依据.

目录

第一个书签之前