气化渣残碳量方法的对比研究

煤炭清洁高效利用已是中国能源发展的必然趋势,煤气化技术因其煤种适应性好、气化效率高、环保性能优越等优点,为工业运行的主流技术,同时是清洁高效利用的关键技术。气化渣是煤气化的副产物,而气化渣的残碳量可以体现煤气化反应过程的转化效率和气化炉的运行状态。开展对气化渣的残碳量的测定方法的研究对提高煤气化效率和优化气化炉结构设计具有重要意义。本文对比研究了传统烧失量法、单气氛热重法和双气氛热重法三种方法对气化渣(粗渣和细渣)残碳量的测定结果,发现双气氛热重法比传统烧失量法更便捷,且测量值更准确。

Effect of Atmosphere on Volatile Emission Characteristic in Oxy-Fuel Combustion

A new type of power supply which was called oxy-fuel combustion power plant was introduced to reduce greenhouse gasses emission. In this paper the volatile emission characteristic of pulverized coal is studied under air atmosphere and oxy-fuel atmosphere. Combustion experiments of Datong bituminous coal were carried out in a wire mesh reactor at heating rates of 1 K/s, 10 K/s and 1000 K/s respectively under air and O2/CO2 atmosphere conditions in order to investigate the volatile emission characteristic. The concentrations of volatile (mainly CO and CH4) emission were on-line measured by infrared gas analyzer. It was indicated that the concentrations of CO and CH4 in O2/CO2 atmosphere were higher than those in air. The direct oxidation of carbon and gasification reaction between carbon and CO2 are the main causes of the increased amount of CO. The higher concentration of CO2 also results in the increased amount of CH4 in O2/CO2 conditions.

不同热转化条件下秸秆灰的熔融特性研究

生物质灰熔融特性的影响因素众多,为了系统地研究生物质灰在不同热转化条件下的熔融特性,以小麦秸秆为例,系统研究了反应温度、热解气氛、O_(2)体积分数等变量对麦秆灰熔融特征温度的影响规律,探究了麦秆灰的熔融特性。结果表明:随着热解温度升高,灰熔融特征温度升高,这是因为温度升高,碱金属随之挥发,而碱金属含量越低,熔融温度越高;随着气化温度升高,软化温度、半球温度、流动温度变化都不明显,但变形温度明显升高。温度的改变会造成麦秆灰残余矿物质的变化,低温物质转变为高温物质,熔融特征温度进而发生变化。反应气氛改变,麦秆灰的熔融特征温度也会发生变化。在O_(2)体积分数为6%~18%时,灰熔融特征温度并无明显变化。

H_(2)O/空气气氛下碳酸钙催化煤气化特性的研究

为改善煤的气化特性,在常压中试固定床上,研究了H2O/空气气氛下CaCO_(3)催化剂与石嘴山煤共气化的产气特性,并采用SEM和XRD对原煤和残焦进行表征。结果表明:气化温度800℃,当CaCO_(3)负载质量分数为2%时,H2和CO生成量最高,分别占煤气组分体积分数的41.98%和26.66%,煤气热值最大,为9.05 MJ/m3;与原煤相比,添加CaCO_(3)可使煤气化温度降低约50℃;气化后的残焦中出现了CaCO_(3)、微弱的CaS、钙长石,表明CaCO_(3)有一定的固硫作用,由于残焦表面的CaCO_(3)有团聚现象,分散性较差,导致其催化效果较弱。

干馏层气氛对半焦结构及其CO_(2)气化活性影响

固定床煤气化炉中气氛对干馏层生成半焦的活性影响较大。对不同气氛下制得的半焦进行了CO_(2)气化活性实验,并采用拉曼光谱和氮吸附对半焦进行了表征。结果表明:与N2气氛下制得的半焦相比,通入其他气体可以提高半焦的CO_(2)气化活性,单组分中H2O气氛下制得的半焦的CO_(2)气化活性最强,双组分中CO_(2)+H2和CO+H2O气氛下制得的半焦的气化活性明显增加,而且双组分气氛下的CO_(2)气化活性比前者强;半焦比表面积的增加有利于其CO_(2)气化活性的提高,但半焦化学结构的变化对其CO_(2)气化活性的提高作用更明显。

生物质气化中碱金属及碱土金属的迁移转化研究进展

生物质气化具有高效率、低成本和燃料资源广等优点,其自身含有的碱金属及碱土金属(AAEMs)对气化反应的促进作用机制备受关注。本文针对不同气化剂作用下AAEMs的迁移转化以及催化作用机理进行综述。首先分析了生物质在CO_(2)、H_(2)O及多种混合气氛下AAEMs的迁移转化机制,归纳整理了温度、气氛、无机矿物质等对AAEMs释放的影响,并对钾、钠、钙等元素的迁移转化规律进行总结;其次根据化学反应所涉及的相态总结了催化活性位点、氧转移和生物质焦油3种非均相催化机理;并分析了气态AAEMs对水气变换反应和烃重整反应的均相催化机理;最后对生物质气化中AAEMs的研究方向进行了展望。

造气炉改造后对系统的影响

根据环保要求,喜丰航公司2#合成氨系统进行升级改造,气化装置将常压间歇式气化炉改为微正压纯氧连续气化炉,后系统装置基本保持不变。通过对改造前后生产系统运行情况对比,证明这种改造模式的可行性,同时例举出不足之处,为同类装置升级改造提供可借鉴经验。

反应气氛对褐煤气化反应性及半焦结构的影响

利用气流床反应器,在800~900℃条件下进行胜利褐煤的气化实验,考察水蒸气、O2及其混合气氛对褐煤气化特性和气体组成分布的影响,结合红外光谱分析和热重分析,解析反应气氛对半焦结构和半焦反应性的影响。结果表明,O2的加入优化了褐煤的水蒸气气化反应,促进了气体组成中H2体积分数的增加,最大增幅达到13%。气化后所得半焦的—OH,—CH3,—CH2—基团大幅减少,半焦的结构更加有序,芳香程度增加。采用热重分析对不同气氛下所得半焦的反应活性评价表明,随水蒸气体积分数的增加,制得半焦的气化反应活性降低;O2的加入进一步降低了反应活性指数,最低达到0.005min-1。O2环境下,低体积分数氧对制备的半焦反应活性影响较小。

煤在CO_2气氛中的热解气化动力学研究

采用热重分析法对CO2气氛下不同煤种、不同升温速率、不同灰煤比对煤的热解气化动力学特性的影响进行了研究。结果表明,随着升温速率的增加,反应速率下降,反应的活化能增加;在相同的升温速率下,随着灰煤比的增加,灰中的金属氧化物起了催化作用,使反应速率增加,反应的活化能减小,在高温阶段尤为明显;随着煤变质程度的增加,反应速率降低。

整体煤气化联合循环系统变工况特性研究

采用ThermoFlex软件建立了200MW级整体煤气化联合循环(integratedgasificationcombinedcycle,IGCC)系统模型,从系统的角度出发计算研究了200MW级IGCC系统的变工况特性。详细讨论了燃气轮机负荷、大气环境条件和整体空分系数对系统性能的影响。结果表明,燃气轮机采用压气机进口可转导叶角度调节–等燃气透平初温的调节方式降负荷时,燃气透平排气温度先增加后降低,而系统效率先缓慢降低后快速降低。随大气温度增加,燃气轮机功率、汽轮机功率和系统净功率均下降。在大气温度不变的条件下,大气压力对燃气轮机效率和系统净效率基本没有影响。增加整体空分系数可提高系统净效率,却使系统净功率降低。

煤粉空气分级燃烧中还原性气氛的模拟预测及分析

空气分级燃烧是广泛采用的煤粉低氮燃烧技术,使用数值模拟方法对其进行模拟预测,有助于燃烧设备的改进并优化燃烧,实现在燃烧中进一步降低污染物排放。空气分级燃烧数值模拟中对还原区的准确模拟是预测氮氧化物排放、硫化氢高温腐蚀等的基础。笔者旨在提出一种合理预测煤粉空气分级燃烧还原性气氛的数值模拟方案,并将其应用于实际锅炉的模拟,并探讨了还原性气氛预测准确性对氮氧化物排放、焦炭燃烧等的影响。主要内容包括:①对煤粉空气分级燃烧过程进行原理分析,提出数值模型开发及其应用的研究思路,即是通过小型电加热沉降炉模拟实际锅炉分级燃烧温度和组分浓度场,测量组分、焦炭转化等参数用于模型开发和验证,最后将开发的模型嵌入商用数值模拟平台,实现分级燃烧全过程模拟。基于此,搭建了能够反映实际锅炉空气分级燃烧温度场和组分浓度场特性的电加热沉降炉试验平台,并通过在线称重给煤速率、气体浓度组分测量,对试验系统的稳定性进行了验证。②设计不同工况的空气分级燃烧试验,并获取沿程CO、H_2、焦炭转化率等关键数据,基于数值模拟的动力学优化方法获取空气分级燃烧状态下还原区焦炭的气化反应动力学参数。通过开发用户自定义函数的方式在Fluent平台上实现了焦炭气化以及还原性气氛的模拟预测,并将其应用于600 MWe超临界墙式对冲炉分级燃烧的数值模拟。③分析比较了在模拟中不考虑气化和考虑气化时对炉内温度、还原区气氛、氮氧化物的分布和焦炭转化的影响。结果表明,文中提出的空气分级燃烧数值模拟方案能实现对实际锅炉空气分级燃烧特别是还原区的合理预测;在模拟中不考虑焦炭气化将导致还原性气体浓度明显偏低,导致颗粒燃尽推迟,炉膛出口氮氧化物浓度偏高。

混合气氛下褐煤热解特性的实验研究

在模拟煤地下气化过程中气化剂参与状态的条件下,采用卧式干馏炉进行褐煤恒温热解,对乌兰察布褐煤在单一气氛(N_2、CO_2及H_2O)及混合气氛(CO_2/N_2、H_2O(g)/N_2)下的原煤热解特性进行研究,综合分析了温度和气氛对原煤热解特性的影响。研究结果表明:在单一和混合气氛下,热解气氛对半焦产率的影响较小,其变化趋势基本相似;热解气氛中的H_2O有利于焦油的生成;混合气氛下水产率一般要大于单气氛;对于煤气组分,当热解终温升高时,H_2浓度随着H_2O与C的还原反应速率的增大而不断升高,高达60%;升温有利于混合气氛下CH_4的析出和CO浓度的提高,分别达到22%和45%;对于烃类组分,单气氛下的烃类气体浓度大于混合气氛,这是由于混合气氛与热解产物进行化学反应,破坏了烃类分子结构。

煤催化气化工艺中内蒙王家塔烟煤灰烧结温度的影响因素分析

煤催化气化工艺中碱金属催化剂的引入加剧了气化炉的结渣，直接影响了流化床气化炉结渣的正常操作。煤灰的烧结特性是流化床气化炉结渣的主要影响因素之一，通过摸索工艺条件使煤气化在烧结温度以下运行，可有效避免流化床气化炉内出现结渣问题。利用压差法测定烧结温度，结合灰渣的 XRD 分析结果系统研究了钾基碱金属催化剂的添加量、操作压力、反应气氛对王家塔烟煤低温灰化煤灰烧结温度的影响。结果表明，碳酸钾催化剂的添加明显降低了煤的灰熔点及烧结温度。0.1～3.5 MPa下，烧结温度随压力增大而降低，而且压力对烧结温度的影响在高压区更为明显，具体影响规律与煤种灰成分及钾基碱金属催化剂的添加有关。空气、CO2氧化性气氛下的烧结温度较高，N2惰性气氛下次之，还原性气氛下较低，而蒸汽的加入显著降低了烧结温度。烧结温度的变化与不同气氛下铁离子存在状态及钾的存在形态密切相关。蒸汽气氛下，钾更多以 KOH 等低熔点化合物形态存在，而且含钾物相在蒸汽气氛下更容易同煤灰中的硅铝、铁钙等矿物质反应，生成低共融点化合物，致使灰熔点及烧结温度大幅下降。

CO_2气化反应对O_2/CO_2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO_2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O_2/N2/和O_2/CO_2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO_2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O_2/CO_2气氛下的燃烧速率要低于O_2/N_2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900℃时,在CO_2气化反应的作用下,煤焦在O_2/CO_2气氛中的整体反应速率逐渐高于O_2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O_2/CO_2和O_2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O_2/CO_2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O_2/N2中的活化能要低于O_2/CO_2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O_2/CO_2中的整体反应活化能有明显增加。

七种煤常压纯氧固定床气化的特性

对7种煤煤质进行了可气化性分析;在Φ100mm加压固定床上,分别对它们进行了常压纯氧气化工艺特性研究,总结出它们的一般气化特性。

竹粉在CO_2气氛中的热解气化特性及动力学研究

利用热重分析仪研究了竹粉在二氧化碳气氛中的热解气化特征,考察了不同升温速率下(5℃/min,10℃/min,20℃/min和30℃/min)竹粉的热解气化动力学参数.竹粉的热解气化主要经历干燥、玻璃化转变、纤维素和半纤维素热解、木质素热解以及炭气化五个反应阶段,重点考察后三个反应阶段.采用Satava-Sesták模型函数法计算竹粉的热解气化动力学参数,结果表明:频率因子随升温速率的增加而增大,反应活化能在纤维素和半纤维素热解反应和炭气化反应两个阶段随升温速率增加而增大,积分形式机理函数是随机成核随后生长型反应模型,模型验证得到的预测结果和试验结果吻合较好.该研究对竹类生物质热解气化利用的工艺参数优化具有重要指导意义.

基于穆斯堡尔谱的煤气化渣中铁的析出机理

气化条件下,煤中含铁矿物被还原,气化渣中析出单质铁,影响熔渣的黏度。以铁含量较高的煤样为研究对象,借助XRD和穆斯堡尔谱分析煤中矿物尤其是含铁矿物的组成。利用高温管式炉模拟气化条件,制备不同温度不同气氛下的熔渣,采用穆斯堡尔谱定性和定量分析熔渣中的含铁物相,研究熔渣中含铁物相的生成与温度和气氛的关系,探讨单质铁的析出机理。结果表明:气氛对含铁物相的种类和含量均有显著影响;气氛中CO体积分数为60%时,熔渣中含铁物相的组成显现“拐点”特征;在φ(CO)∶φ(N2)=3∶2气氛中,温度升高,含铁物相种类减少,其质量分数变化较复杂;还原性气氛中,煤中含铁矿物以不同途径转化成单质铁;铝硅酸盐矿物中掺杂的Fe3+直接或间接地被还原,黄铁矿转化成一系列铁硫化物,断键、熔化、分解,产生单质铁;综合实验结果,建立了高温熔渣中单质铁的析出模式。

2.25CrMo钢在还原性含氯气氛中的高温腐蚀行为

采用热重法及SEM/EDX,XRD研究了2.25CrMo钢在500和 600℃下含氯还原性气氛中的腐蚀行为。结果表明,实验材料在两种温度下均发生了加速腐蚀,并且在外氧化膜/基体界面检测到了氯的存在。合金腐蚀动力学从500℃时的近似抛物线向600℃时的直线转变与氯化物在该温度下的蒸汽压有关.讨论了材料发生加速腐蚀的机制。

常压固定床气化用煤灰熔融性温度指标的界定

结合常压固定床煤气发生炉气化反应原理,阐述了界定常压固定床气化用煤灰熔融性温度指标的必要性,并据此提出了以气化反应活性为基础的灰熔融性温度指标的界定方法;一些实际生产中的相关数据表明,采用该方法界定的灰熔融性温度指标更为科学合理。

高硫无烟煤在常压固定床合成氨装置中的应用试验

分析了高硫煤的特性,根据高硫无烟煤在常压固定床合成氨生产中的应用试验,对造气工段、半水煤气脱硫工段的工艺调整进行了详细说明,分析了使用高硫无烟煤过程中出现的造气蒸汽用量增加、脱硫原辅材料增加、电耗的增加、单位产品煤耗增加及设备腐蚀等问题,提出了应对措施。工业应用试验表明,高硫无烟块煤可作为常压固定床的气化原料,但还需同时考虑其他相关问题。