煤粉浓缩器的模化试验研究

燃用高水分、高挥发分、低热值的褐煤锅炉,普遍存在着着火、燃烧不稳定和低负荷稳燃的问题.采用煤粉浓缩器是解决上述问题的有效措施。本文就煤粉浓缩器的研制,从其工作原理、模化方法进行了分析和介绍,并针对具体对象的要求进行了模化试验,其结果可为燃用高水分褐煤电厂采用煤粉浓缩器的设计,提供依据.

流化床热水锅炉水循环系统和燃尽室结构改造

前言 长春市某大学采暖用SHF600—95/70流化床锅炉,是由蒸汽锅炉改装的热水锅炉。自1987年冬季投入运行以来,曾多次发生燃尽室防渣管束部分管子爆裂,被迫停炉检修换管,不仅严重影响了锅炉正常运行,而且在经济上造成了很大损失。另外,由于燃尽室排灰结构设计不合理,该处沉降灰排不出去,管束被埋没,影响了传热效果。

活性焦烟气脱硫脱硝的静态实验和工艺参数选择

在自制活性焦烟气脱硫脱硝静态实验系统上,考察了温度、空速、二氧化硫浓度、氧气浓度、水蒸气浓度、NO浓度、氨氮体积比等工艺参数对活性焦脱硫脱硝性能的影响,探索了使活性焦脱硫脱硝效率达到较优的工艺参数.结果表明:温度在120～180℃范围内时,温度越低越有利于活性焦的脱硫性能,而温度为130℃时,脱硝效果较好;空速在小于1 000/h时,随着空速的增大,活性焦的吸附性能显著增加,继续增大空速,活性焦相对质量的增加明显降低;烟气中SO2浓度小于2L/m3时,活性焦对SO2的吸附量有明显增大的趋势,但SO2浓度继续增大时,超过了活性焦的饱和吸附量,吸附性能下降;氧气、水蒸气体积分数含量均为6%时,大大促进了活性焦对SO2的吸附性能,含量过高或过低都不能达到最佳效果,而氧气浓度、NO浓度对脱硝性能影响不大.通过实验得到的较优脱硫工艺参数值为反应温度120℃、空速1 000/h、SO2体积比2L/m3、O2体积分数6%、H2O体积分数6%时,脱硫效率高达98%;脱硝工艺参数值为温度130℃、空速1 000/h、O2体积分数6%、NO体积分数500mL/m3、φNH3/φNO=1时,脱硝效率为70%.

高灰熔点煤高温下煤焦CO_2/水蒸气气化反应特性的实验研究

我国煤炭年产量中,1400℃以上的高灰熔点煤约占50%以上。为探索固态排渣方式的高灰熔点煤气流床气化,文中选出具有代表性的3种高灰熔点煤种和1种低灰熔点煤种,在TGA-51H型高温热天平上进行了煤焦—CO2和煤焦—水蒸气气化反应特性的实验研究,并利用SEM考察了气化条件下煤焦及灰的微观结构。实验结果表明:在煤焦—CO2/H2O反应过程中,反应速度明显表现出高温区域的扩散反应和低温区域的化学反应;无论在1273～1573K的低温区域,还是在高于1573K的高温区域,反应速率随燃料比的增加而减小;低灰熔点煤在高温条件下,气化反应速率随温度的升高变化不大,有时甚至略有下降;对于高灰熔点煤种其气化反应速率随温度的升高仍继续升高。

高灰熔点煤加压气流床气化特性

在25kg／h规模的沉降式加压气流床气化实验装置上，研究了高灰熔点煤种在固态排渣温度范围内的气化特性及灰渣熔融特性．结果表明，气化温度、碳转化率均随O／C物质的量比的增加而增加，冷煤气效率则随O／C物质的量比的增加呈现先增大后减小的变换规律；本实验条件下，最佳O／C物质的量比在1．0—1．2之间，此时冷煤气效率达最大值（42％左右），相应碳转化率为90％；对最佳工况下气化炉底部、旋风分离器和布袋除尘器内的灰渣进行SEM分析表明，该工况下气化炉底部、旋风分离器内的灰渣在整体上仍以固态形式存在，只是有部分低熔融成分发生熔融，其熔融部分的粒径在数微米左右，而布袋除尘器内的灰渣没有发生熔融现象．

配煤对降低高灰熔融性煤的三元相图分析

采用2种低灰熔融性温度煤对一种高灰熔融性温度煤进行配煤降低煤灰熔融性温度的研究。依据相平衡理论分析了配煤降低高灰熔融性温度煤的熔融特性。研究表明:配煤可以有效的降低高灰熔融性温度煤的灰熔融性温度,其灰熔融性温度变化并不与配煤比例成线性关系,而与相应的三元相图液相线温度具有很好的相似性,三元相图同样适用于混煤灰的熔融特性研究。在相图的三元低温共晶点和二元共晶线附近灰的熔融温度随灰成分的变化比较显著,且低于周围灰成分的灰熔融性温度,相图理论可以很好的对配煤降低高灰熔融性温度煤的灰熔融性温度进行理论分析。

煤粉加压气流床气化特性实验研究

煤气化技术由于具有高煤炭利用率和低污染排放,近年来得到快速发展。我国煤种灰熔点普遍偏高,约占保有储量的57%,无法满足现有液态排渣气流床气化技术的需要。为扩大该技术对我国高灰熔点煤种的适应性,本文在25 kg/h规模的加压气流床气化装置上,对我国高灰熔点煤种进行了气化特性实验研究。研究结果表明:高温有利于气化反应向吸热方向进行,碳转化率升高,但过多氧气存在,使得气化炉内燃烧份额增加,导致合成气中CO_2和H_2O的含量升高,CO、H_2含量降低,冷煤气效率下降,因此,存在最佳气化温度。本实验条件下,最佳气化温度为1300～1350℃;1350℃连续运行1小时30分,此时气化炉底部和旋风分离器内的灰渣,整体上仍以固态形式存在,只有灰中部分低熔融成分发生熔融,其熔融部分在数μm左右。

活性炭选择性催化还原NO_x

采用活性炭作催化剂,NH3为还原剂,进行活性炭脱硝机理的实验研究.分别考察了烟气组分、温度、活性炭的比表面积及不同材质对NOx去除率的影响.结果表明:活性炭作为单纯的吸附剂,其NO吸附容量较小,O2的加入使吸附容量增大,NH3与O2同时存在则可达到最佳去除效果,H2O的存在不利于活性炭的催化作用;温度在200℃时,活性炭催化活性达到低谷;煤质活性炭催化效果优于木质;在一定范围内,比表面积的增大有利于催化活性的提高.利用SEM对所用不同样品进行扫描,进一步分析活性炭表面结构对吸附催化效果的影响.

高温加压气流床内生物质气化特性的实验研究

在15-20kg／h规模的沉降式加压气化实验装置上，实验研究了高温条件下，不同O／C摩尔比对生物质气化特性的影响。并根据实验气化炉的边界条件，建立了相应的气化模型。模型计算结果与实验结果吻合较好，模型能够很好的预测气化参数对生物质气流床气化特性的影响。研究结果表明：在气化还原反应区，高温有利于气化反应向吸热方向进行；O／C比在1．0—2．0范围内，随O／C比的增加，CO、H2均呈现先增加后减小的趋势，可燃气体成分（CH4＋H2＋CO）占总合成气的50％左右；部分燃烧反应区温度在1600K以上时。碳转化率大于90％，冷煤气效率达到50％左右。

等离子体氧化NO耦合湿式氨法同时脱硫脱硝试验研究

为提高燃煤烟气同时脱硫脱硝工艺中的脱硝效率,将等离子体氧化技术应用到湿式氨法脱硫工艺中,建立了等离子体氧化NO耦合湿式氨法的脱硫脱硝试验装置.考察了液气比、氨水浓度、烟气流量、烟气温度、NO初始浓度、SO2初始浓度等工艺参数对同时脱硫脱硝性能的影响.试验结果表明:提高液气比、增加氨水浓度、减少烟气流量、降低烟气温度、减小NO和SO2初始浓度都可以提高脱硝效率,而试验范围内工艺参数对脱硫效率的影响几乎可以忽略;当液气比为10 L/m3、氨水浓度为4 mol/L、烟气流量为10 m3/h、烟气温度为85℃、NO初始浓度为3.5×10-4、SO2初始浓度为1.0×10-3时,该试验装置的脱硫效率和脱硝效率分别为99.6%和69.4%.

木质生物质定温热解炭化特性研究

在自制大型热重实验平台上,进行了不同温度下松木颗粒的定温炭化热重实验,探讨木质生物质在不同温度下的炭化反应规律,并得到反应动力学参数.对炭化产物进行燃料特性分析,研究炭化温度对炭化产物特性的影响.结果表明:当炭化温度高于250℃时,所得松木炭燃料特性接近烟煤,进一步提高炭化温度后,其燃料特性逐渐接近无烟煤;当炭化温度超过650℃后,炭化过程中会发生一部分气化反应;生物质定温炭化过程中,随着反应程度的深入,反应动力学参数发生变化,表现为反应级数逐渐增大,表观活化能和相应的频率因子逐渐减小.

煤焦-CO_2/H_2O气化反应过程中灰的熔融特性

利用TGA-51H型高温热天平、扫描电镜-X射线能谱研究了我国典型高、低灰熔点煤种煤焦-CO2／H2O气化反应过程中灰的熔融变化行为和熔融机制。研究结果表明：高温下煤中的灰主要在煤焦-CO2／H2O气化反应过程中的中、后期（碳转化率大于50％）开始发生熔融，且初始熔融部分的主要成分为Fe系硅铝酸盐矿物（如铁橄榄石、铁铝榴石等），随着煤灰的进一步熔融，熔融部分中Ca元素含量逐渐增加，大量钙系矿物的出现，导致了煤灰熔融进程的加速；对于同一煤种，煤焦-CO2气化反应过程中灰的熔融温度要比其在煤焦—H2O气化反应过程中的熔融温度约低50-100℃；高温下煤焦颗粒上熔融或半熔融状态的灰渣易粘附在煤焦颗粒上，从而堵塞了煤焦颗粒上的孔隙，减少了气化剂与煤焦表面的有效接触，导致高温下随温度的升高，高灰熔点煤的气化反应速率仍继续上升，而低灰熔点煤的气化反应速率则变化缓慢。

流化床电极直接碳燃料电池实验研究

将流化床电极应用到直接碳燃料电池(DCFC)中,得到一种新型的流化床电极直接碳燃料电池(FBEDCFC).为研究该燃料电池的输出特性,搭建了环形FBEDCFC实验装置,分析了反应温度、阴极气体流速、阳极气体流速、镍催化剂添加量和炭颗粒粒径对燃料电池放电曲线的影响.结果表明:反应温度为923K、阳极气体流速为18.59mm/s、阴极气体流速为19.57mm/s、镍催化剂添加量为45g、炭颗粒粒径为2.5~3.5mm时,可得到FBEDCFC的开路电压和最大输出功率密度,分别为0.896V和28.70mW/cm2.

生物质气化燃料电池联产系统的模型研究

提出了一种生物质气化结合燃料电池发电装置的热电联产系统,并采用化学元素平衡法对该系统进行数学建模,分析了该系统的整体性能、各环节的状态参数以及能流分配。计算结果显示:采用生物质气化燃料电池联产系统,能量利用效率明显高于传统的生物质气化发电系统。进一步对该系统参数进行放大预测,为燃料电池在我国的分散化、小型化以及模块化应用模式提供了有益的参考。

气-液-固三相流化床冷态实验

以氮气为气相、蒸馏水为液相、铜粉为固相构建了的气-液-固三相流化床冷态实验装置,流化床反应器内径为50 mm、高为500 mm.采用Hilbert-Huang Transform分析了布风板上表面处压力脉动信号,考察了布风板压差和床内两固定测点间压差随气体流速的变化关系,使用降速法得到了气-液-固三相流化床的最小流化速度,并通过同步图像采集验证了该最小流化速度.结果表明:气体流速为14.85 mm/s时,固体颗粒之间碰撞剧烈,气、液、固三相混合均匀;随着气体流速的增加,两固定测点间压降呈现先降低,后增加,最后又降低的变化趋势;气-液-固三相流化床的最小流化速度约为17.4 mm/s.

提高钢球磨煤机出力及其制粉系统经济性问题的探讨

本文通过对提高钢球磨煤机出力及其制粉系统经济性的探讨,着重论述了确定钢球磨煤机的最佳尺寸和提高钢球磨煤机出力的问题.提出粗粉分离器、高效排粉机的合理选型及改进和采用科学的维护和合理的运行操作是提高钢球磨煤机制粉系统经济性较为有效的途径之一.

高岭土高温吸附重金属和碱金属的研究进展

高岭土在高温下对碱金属和重金属具有吸附能力,可以解决煤、生物质和垃圾等在燃烧、气化等过程中产生的结渣、积灰、腐蚀以及重金属和超细颗粒物排放等问题。国内外学者已对此进行了长期研究,但仍存在相关的难度和问题,因此本文从高岭土高温结构特征、研究方法、高温吸附机理、高温吸附技术应用效果以及高岭土改性等5个方面介绍了相关重要成果,并结合前人研究成果和作者自身的研究经验,提出了本领域研究的展望。指出缺乏简便而准确的金属蒸气定量发生装置和在线检测装置严重阻碍了高岭土高温吸附的试验研究,亟待开发出对应的新方法或新设备;高岭土高温吸附的同时其结构因为高温也在发生畸变,掌握其中的关联是理解高温吸附行为的关键之一;烟气组分对吸附的影响研究仍不充分,因此目前无法形成复杂烟气组分下的高岭土高温吸附行为规律和数学描述;技术应用过程中,高岭土添加量较大(通常大于3%),可能对燃烧或气化工艺产生不良影响,抑制了其工业应用;高岭土改性是提升吸附效率、降低高岭土用量的有效方法,改性工艺仍有待深入研究,但因为吸附后高岭土难以分离回收和循环再生,改性成本必须低。

掺混生物质炭对煤气化反应特性的影响

采用非等温热重分析法研究了掺混生物质炭对煤气化反应特性的影响.结果表明:无论是松木炭还是稻草炭的加入,XQ煤气化时DTG峰值对应温度和气化结束温度均随着生物质炭掺混比例的增大逐渐向低温区移动;生物质炭对SH煤气化效率的影响不大,可以部分代替优质煤种,减少能源投入和CO2排放量;稻草炭相对松木炭更有利于XQ煤气化反应的进行,稻草炭使XQ煤具有更低的表观活化能和更高的频率因子,并使XQ煤孔隙分布更加明显.

加压流化床煤气化计算模型研究

为了探索大型加压流化床煤气化的最佳操作条件和设计参数，建立了针对加压流化床气化方式的计算模型，包括颗粒模型、气相模型、气泡模型和焓平衡模型，分析了单位给煤量、氧量和水蒸气等操作参数对碳转化率、产气量和冷煤气效率等参数的影响，并确定了给煤量的最佳操作范围．结果表明：初期碳转化率均保持在99％以上，对于相同床面积的气化炉，可通过提高反应压力来提高气化炉处理量；反应压力由1．5MPa提高到2．1MPa时（提高40％），单位煤产气量可增加34％以上；反应压力为2．1MPa时，给煤量的最佳操作范围为2．0～2．5kg／（m^2·s）；氧煤比为0．6～0．7时，冷煤气效率可达到77％；生成气体的热值与水蒸气比成正比．

基于Langmuir-Hinshelwood动力学解析O2/CO2/H2O气氛下烟煤焦反应机理

流化床富氧燃烧湿烟气循环兼具经济与环保优势。湿烟气循环(O_2/CO_2/H_2O)条件下煤焦与O_2、CO_2及H_2O的反应同时发生。为探究O_2/CO_2/H_2O气氛下煤焦-O_2、煤焦-CO_2、煤焦-H_2O反应间的相互作用机制,在自制高精度热重实验装置上系统考察了O_2、CO_2、H_2O及其混合气氛下,典型烟煤焦在900℃的反应特性。基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理性模型分别计算了烟煤焦与O_2、CO_2和H_2O反应的动力学参数。通过采用单独活性位点与竞争活性位点两种假设分析了O_2/CO_2、O_2/H_2O和CO_2/H_2O气氛下烟煤焦-O_2、烟煤焦-CO_2和烟煤焦-H_2O两两反应间的作用机制,揭示了H_2O分子优先吸附于烟煤焦表面活性位点,O_2分子次之,而CO_2分子相对滞后。O_2/CO_2/H_2O气氛下烟煤焦-O_2、烟煤焦-CO_2、烟煤焦-H_2O反应表现出部分竞争反应活性位点,传统的单独活性位点与竞争活性位点假设均无法准确描述其反应速率特性。基于H_2O分子优先,O_2分子次优先吸附的原理,建立了O_2、CO_2、H_2O混合气氛下煤焦反应速率L-H动力学方程,方程计算结果与实验值良好吻合。研究结果为深入分析煤焦颗粒流化床富氧燃烧特性及构建可靠、准确的燃烧反应模型提供了理论支撑。