煤的流化床部分气化及硫迁徙特性研究

摘要

煤部分气化-半焦燃烧技术作为一种洁净煤技术已被广泛应用到了先进动力系统的研发中,在其他工业技术开发如超高温烟气生产工艺中也有广泛的应用前景;本文在小型流化床上对煤部分气化特性进行了较详细的研究,并采用ASPENPLUS软件对煤燃烧国家重点实验室提出的一套利用劣质煤生产超高温烟气的工艺进行了模拟,以期为工艺的应用提供有力支撑。
　　首先在小型流化床上研究了煤的部分气化特性以及硫的迁徙规律。分别研究了在空气气化和空气水蒸气气化下,ER、汽煤比、温度等关键参数对煤部分气化特性及硫的释放特性的影响,实验结果表明:温度是影响气化特性的重要参数,温度升高H2、CO含量显著提高、CO2含量降低;不同气化剂下的煤部分气化特性有明显差别,在气化剂中加入水蒸气后,碳与水蒸气的分解反应加强,显著提高了H2的产率,碳转化率、冷煤气效率都明显提高;水气变换反应在汽煤比较低(<0.5g/g)时作用微弱,而在汽煤比较高时(>0.5g/g)作用可能加强。大部分硫已经释放,残留在焦中的硫不到一半;甲硫醇含量很高,这可能与煤种有很大关系;添加水蒸气促进了硫的释放。
　　然后基于前面的实验数据在小型流化床上研究了气化过程的脱硫规律;利用热重分析仪研究了气化脱硫固态产物的燃烧特性;在小型固定床上研究了气化固态产物燃烧的脱硫特性。发现,添加钙基脱硫剂对煤空气水蒸气气化的催化作用有限;固态产物中的硫含量比较低不到50％,脱硫效果比较差,可能脱硫剂煅烧后出现烧结;添加脱硫剂后,对飞灰和焦的燃烧特性影响不同;气化固态产物的燃烧过程中释放的硫非常少,固态产物燃烧时可以不用添加脱硫剂即可实现较好的脱硫效果。
　　最后使用ASPENPLUS对超高温烟气发生工艺建模,研究了气化关键参数对工艺关键指标的影响,为工艺的可行性提供支撑。模拟发现在常压,气化温度为800~900℃,碳转化率为0.4~0.6范围内,ER在较小的范围如0.2~0.25,添加的水蒸气量在较小的条件下如0.5g/g范围内,气化的效果足以满足超高温烟气工艺的需求,可以通过调整气化温度、水蒸汽量来在较大范围内的调整超高温烟气的温度。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2基于煤部分气化技术的先进动力系统

1.3基于煤部分气化技术的超高温烟气工艺

1.4煤部分气化及硫迁徙特性的基础研究

1.5本文主要研究内容

2 煤的流化床部分气化特性研究

2.1实验方法及样品

2.2空气气化ER对气化的影响

2.3空气气化温度对气化的影响

2.4空气水蒸气气化汽煤比对气化的影响

2.5空气水蒸气气化ER对气化的影响

2.6空气水蒸气气化温度对气化的影响

2.7气化剂类型对气化的影响

2.8本章小结

3 煤部分气化过程硫的迁徙特性研究

3.1空气气化ER对硫迁徙特性的影响

3.2空气气化温度对硫迁徙特性的影响

3.3空气/水蒸气气化汽煤比对硫迁徙特性的影响

3.4空气/水蒸气气化ER对硫迁徙特性的影响

3.5空气/水蒸气气化温度对硫迁徙特性的影响

3.6本章小节

4 流化床煤的气化脱硫及固态产物燃烧特性研究

4.1煅烧石灰石对煤气化特性的影响

4.2煅烧石灰石的脱硫特性研究

4.3气化固态产物燃烧特性的研究

4.4固态产物燃烧过程硫的释放特性研究

4.5 本章小结

5 基于超高温烟气生产工艺的ASPEN PLUS 模拟

5.1模型建立

5.2 ER对气化特性及工艺的影响

5.3汽煤比对气化特性及工艺的影响

5.4温度对气化特性及工艺的影响

5.5气化压力对气化特性及工艺的影响

5.6碳转化率对气化特性及工艺的影响

5.7本章小节

6 结论与展望

6.1主要工作及结论

6.2本文特色

6.3后续工作及展望

致谢

参考文献