氣化參數對氣流床粉煤氣化影響實(shí)驗研究

煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《cAcD規范》執行優(yōu)秀期刊氣化參數對氣流盼煤氣化影晌實(shí)駘硏究陸成,張忠孝,烏曉江,黃鳳豹,陳國艷,周?chē)h(上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海20003)摘要:為評價(jià)和優(yōu)化中國高、低灰熔點(diǎn)煤氣化運行參數對氣流床氣化特性的影響,在1600℃的維常壓沉降式氣流床氣化實(shí)驗系統上,著(zhù)重研究了中國典型高、低灰熔點(diǎn)煤在12-0~1600℃溫度范圍內、O/C摩爾比在0.9~1.2范圍內的干煤粉氣化特性。結果表明:隨著(zhù)溫度的升高,產(chǎn)氣中C0、H2含量逐漸增多,CO2、CH4含量逐漸減少,碳轉化率有很大提高;隨著(zhù)O/C的增加,C0、H2含量不斷減少,CO2逐漸增加;煤的灰熔融性也是影響煤氣組分一個(gè)重要因素,當氣化反應溫度接近煤灰熔點(diǎn)溫度時(shí)煤氣組分(C0+H2+CH)達到一個(gè)最大值關(guān)鍵詞:氣流床;沉降爐;氣化參數;灰熔融性中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:10066772(2010)02004905在中國,長(cháng)期以來(lái)傳統的煤燃燒利用方式帶來(lái)氣化溫度、O/C摩爾比、不同煤種以及煤灰熔融溫了嚴重的資源與環(huán)境問(wèn)題口,煤氣化技術(shù)成為清潔度等對干粉煤氣流床氣化特性的影響。高效利用煤炭的最有效途徑。氣流床氣化技術(shù)與1實(shí)驗部分其他氣化技術(shù)相比,具有氣化強度高,碳轉化率高,生產(chǎn)能力大的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)得到快速發(fā)展,受到中1.1實(shí)驗煤樣與煤質(zhì)分析國煤化工行業(yè)和發(fā)電行業(yè)的普遍關(guān)注23,而氣流實(shí)驗釆用2種高灰熔點(diǎn)煤和1種低灰熔點(diǎn)煤為床粉煤氣化技術(shù)具有煤種適應性廣,原料消耗低,原料煤樣粒徑為小于75μm,與實(shí)際煤粉氣流床入碳轉化率高等優(yōu)勢,在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC爐煤粒徑相同。實(shí)驗所用煤樣的成分分析見(jiàn)表1。發(fā)電技術(shù)中得到廣泛應用7。影響氣流床氣化的表1實(shí)騎煤的煤質(zhì)分析參數很多,國內外的研究者做了大量的研究工作。任永強,許世森等人做了干煤粉加壓氣化技術(shù)的金華原煤金華精煤神試驗研究,得出了氣化溫度,氧煤比等參數對煤氣A3.999.0910.1組成的影響;吳學(xué)成45等人通過(guò)建立的氣流床煤工業(yè)分析/%V22.2228.6223.06氣化動(dòng)力學(xué)模型研究了不同的氣化劑、氣化劑質(zhì)量428765.07比率氣化溫度、氣化壓力停留時(shí)間等參數對氣化Ca53.5377.6674.84過(guò)程和煤氣組分的影響; ae Goo Lee等人做了沉H4.76降爐中粉煤氣化的實(shí)驗研究,得到了溫度、氧煤比元素分析/%0。6.015.039.660.951.41等參數對煤氣組分和碳轉化率的影響。筆者在給S0.660.630.51煤量約為1.2~3g/min的一維沉降式氣流床氣化1220實(shí)驗系統上,對中國高低灰熔點(diǎn)煤進(jìn)行了1200-灰熔融溫度℃sr>150015001701600℃溫度范圍內干煤粉常壓氣流床氣化特性實(shí)FT>1500>15001350驗研究,考察了影響氣化特性的主要工藝參數,如Q306127358中國煤化工CNMHG收稿日期:200911-13基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(50906055)作者簡(jiǎn)介:陸成(1983-),男,江蘇連云港入,碩士研究生,主要從事潔凈煤燃燒與氣化方面的研究氣化參數對氣流床粉煤氣化影響實(shí)驗研究1.2實(shí)驗裝置和實(shí)驗方法爐子的時(shí)候溫度較低,為預熱釋放水分和揮發(fā)分析干煤粉常壓氣流床氣化實(shí)驗系統與干煤粉常出的過(guò)程。距爐體頂部40cm以后,溫度基本恒定,壓純氧氣化實(shí)驗系統如圖1所示。整個(gè)系統由一維能夠滿(mǎn)足恒溫氣化的要求。電加熱管式沉降爐、供氣系統、煤粉給料裝置、合成氣凈化、分析系統、灰渣收集裝置、氣體分析裝置組成。實(shí)驗所采用的高溫電加熱沉降爐主要由剛玉管(內徑為50mm,高溫恒溫區長(cháng)182m,煤粉在爐內停留時(shí)間大于5s)、加熱元件、保溫材料和溫度控制柜4部分組成。溫度范圍為室溫到1600℃,氣體分析裝置采用武漢四方光電科技有限公司生產(chǎn)的Gasboard-3100紅外煤氣分析儀,對合成氣中的主要氣體成分CO、CO2、H2、CH4進(jìn)行實(shí)時(shí)監測,以監視整個(gè)煤氣化過(guò)程。振動(dòng)給煤機圖2爐內溫度分布2結果與討論2.1溫度對煤粉氣化特性的影響氣化溫度是影響煤焦氣化反應活性的重要因素,圖3為氣化溫度對煤粉純氧氣化特性的影響,由閥門(mén)圖可知,隨著(zhù)反應溫度的升高,煤氣成分中CO,H2煤氣分析儀體積分數逐漸增加;CO2體積分數逐漸減少;H2/CO過(guò)濾器比半逐漸減小。主要是因為反應式(1)、(2)為強吸氮氣氧氣熱反應,因此提高爐內溫度有利于氣化反應向正方向進(jìn)行,有利于加快反應速度,提高氣化強度,最終圖1實(shí)驗裝置示意生成吏多的CO、H2,進(jìn)而消耗更多的CO2;(3)式為先將純度為999%的N2通入爐膛2-3h,以放熱反應提高溫度氣化反應向逆方向進(jìn)行,有利排空爐內及管道系統內的空’(保證爐內還原性氣于CO的生成,不利于H2的生成,可知低’化反應氛),同時(shí)以一定的升溫速率將氣化爐加熱至實(shí)驗溫度們利于生成更多的H所需反應溫度并保持溫度穩定;當達到反應溫度C(s)+Co,(g)-2co(g)后,采用振動(dòng)式給煤機將平均粒度約為75μm的煤△H=+172.6k/mol粉以L(fǎng).2~3g/min的給煤量均勻穩定地送入爐膛;C(s)+H,0(g)-C0(g)+h,(g)同時(shí)調節N2和O2的流量以達到不同的0/C摩爾△H=+131.4kJ/mol比,高溫下,進(jìn)入氣化爐的干煤粉首先迅速升溫、干Co(g)+H,0(g)-C0,(g)+H,(g)燥并釋放揮發(fā)分,由于此時(shí)有一定量的氧氣存在△H=-290k/mol煤焦與爐內的氧氣發(fā)生部分燃燒反應生成CO2,當同時(shí)氣化溫度也是影響碳轉化率的主要因素,氧氣消耗完畢后,剩余煤焦與CO2等氣化劑發(fā)生氣碳轉化率隨溫度的升高逐漸增加,在同一工況下化反應,生成H2、CO,反應結束后,合成氣由氣化爐反應溫度對2種煤的影響基本相同。碳轉化率kc底部合成氣出口排出,絲冷卻、凈化后進(jìn)入煤氣分的計算公式:析儀。對煤氣的成分進(jìn)行在線(xiàn)測量,氣化產(chǎn)生的灰W∞+Wo,+Wc,)×12/22.4100=渣則落入氣化爐底部的灰渣斗中。1.3氣化爐內溫度分布0.8×WW由于給煤量很小,煤粉氣化反應時(shí)產(chǎn)生的熱量中國煤化工很小,不會(huì )改變爐內的溫度場(chǎng),沉降爐內保持恒溫CNMH量,%;狀態(tài)。如圖2所示:氣化爐的恒溫區間在40灰渣中的碳含量220cm之間,這一區域為氣化反應區。煤粉剛進(jìn)入W——灰渣中灰分含量,%;《潔凈煤技術(shù)》2010年第16卷第2期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《 CALCD規范》執行優(yōu)秀期刊We"——煤樣中的碳含量,%。很短的時(shí)間內也能完全氣化,獲得很高的碳轉化率。這是由于爐內反應速度的提高,爐中的煤粉即使在更如爾一6010101600130014005001600反應溫度/℃應溫度/℃金華原煤(OC=0.9)金華精煤(OC=1.0)求如09001200150016反應溫度/℃反應溫度/℃神府混煤(OC=1.1)神府混煤(OC=1.0)圖3溫度對碳轉化率和和合成氣成分的影響l—碳轉化率;2C0:3-CO02;4H2;5-CH42.2煤灰熔融性對氣化反應的影響在煤灰熔點(diǎn)附近,煤的氣化反應活性最大,成氣組煤灰熔融性是影響煤氣化反應活性的一個(gè)重分(CO+H2+CH4)達到一個(gè)最大值。這與 Koya要因素,當氣化反應溫度接近煤灰熔點(diǎn)時(shí),煤氣組m0和 Jae Goo Lee"的研究結果一致。分(CO+H2+CH)達到一個(gè)最大值。由圖3可知:2.3不同OC摩爾比對煤粉氣化特性的影響神府混煤灰熔點(diǎn)FT為1350℃,當O/C=1.0,氣化圖4為不同氧碳摩爾比對干煤粉氣化合成氣組溫度1400℃時(shí),神府混煤的煤氣組分(CO+H2+成及碳轉化率的影響從圖中可以看出在同一反CH)達到一個(gè)最大值81.89%;當O/C=1.1,氣化應溫度下煤氣中的CO和H2濃度均隨氧碳摩爾比溫度1400℃時(shí),神府混煤的煤氣組分(CO+B+的增大而逐漸減小;而煤氣中CO2濃度和碳轉化率華精煤的灰熔點(diǎn)FT大于1500℃,隨著(zhù)氣化溫度的則隨著(zhù)氧碳摩爾比的增大而逐漸增大。這是由于升高煤氣組分(CO+H2+CH4)不斷增大當氣化當O/C摩爾比較低時(shí),爐內的煤粉過(guò)量氧氣量不溫度為1600℃時(shí),達到最大值。這是由于煤灰熔融足,爐內存在大量未反應的煤粉和煤焦使得碳的性影響煤的氣化反應活性隨氣化溫度的上升,灰轉化率低從而影響氣化效率。在高氧碳比的時(shí)分熔融變成液相狀灰分熔融的液相狀灰分很難浸候爐內的氧氣過(guò)量過(guò)量的氧氣會(huì )與未反應的煤潤碳素,而易在其表面收縮成球。氣化溫度高于灰焦常生萬(wàn)應使得磁的轉化率升高;過(guò)量的氧熔點(diǎn)溫度時(shí),灰分粘附于未反應碳內外表面的空隙氣中國煤化工應使得煤氣中Co中,熔渣狀灰分引起煤焦內部細孔堵塞,使有效內和CNMH GO2濃度逐漸增大表面積減少,以至于未反應碳被熔渣狀灰分包裹,實(shí)驗結果顯示:常壓氣化下,氣化溫度為1500℃時(shí),造成氣化速率降低,煤的氣化反應活性降低。所以最佳O/C比為0.9左右,這與 Jae Goo Lee”等的研氣化參數對氣流床粉煤氣化影響實(shí)驗研究究結果一致。100180o/C(molmol金華原煤(1500℃)華精煤(1500℃)90底如爾哭細爾如品址址60o/C(mol/mol)神府混煤(1500℃)圖41500℃和1400℃下氧碳比對碳轉化率和合成氣成分的影響1-碳轉化率;2-C0;3-CO2;4H2;5-CH424煤種對煤粉氣化特性的影響在純氧條件下,溫度、O/C摩爾比一定的情況■金華精煤下,采用了2種髙灰熔點(diǎn)煤(金華原煤和金華精煤口神府混煤和一種低灰熔點(diǎn)煤(神府混煤)進(jìn)行氣流床煤氣化實(shí)驗。如圖5所示:圖中的有效氣體指的是COH2、CH4。在反應溫度1400℃;氧碳比0.9工況下,金華精煤的CO濃度(61%)比神府混煤的CO濃度58%)高出3%;金華精煤的H2濃度(30%)比神府混煤的H2濃度(27%)高出3%;金華精煤的CO2CoI2CH4有效氣體CO2濃度(8%)比神府混煤的CO2濃度(12%)低體種類(lèi)了4%。由于揮發(fā)分高的煤,其結構疏松,生成的煤圖5不同煤種對產(chǎn)氣組分濃度的影響焦具有豐富的孔隙,反應的比表面積大,氣固相反應溫度1400℃;氧碳比0.9應的擴散阻力小,氣化劑容易擴散到內孔中去,煤焦的反應活性較高氣化反應完全,生成的有效媒3結論氣濃度變大。金華精煤的揮發(fā)分含量(28.62%)比(1)溫度是影響干煤粉氣化特性的重要因素神府混煤的揮發(fā)份含量(23.06%)高出5.56%,所隨著(zhù)溫成由右氣休成分(CO+H2以在同一工況下,金華精煤的煤氣中CO和H2濃度+CH4中國煤化工實(shí)驗條件下比神府混煤的高。O/C摩CNMHG,碳轉化率達到90%。(2)相同溫度下隨著(zhù)O/C摩爾比的增加,由于爐《潔凈煤技術(shù)》2010年第16卷第2期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《 CAJ-CD規范)執行優(yōu)秀期刊內煤焦-O2的反應速率遠大于煤焦-CO2的反應速[4]吳學(xué)成王勤輝駱仲泱,等,氣化參數影響氣流床煤率,以及爐內氧化性氣氛逐漸增強,從而導致合成氣中氣化的模型研究(I)-模型建立及驗證[J].浙江大CO2含量不斷增加有效氣體成分下降。實(shí)驗條件下,學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2004,38(10):1361-1365在1200-160℃溫度范圍內對3種實(shí)驗煤種來(lái)說(shuō)/[5]吳學(xué)成王勤輝駱仲泱等.氣化參數影響氣流床煤氣C摩爾比為09時(shí)有效氣體濃度達到最大值?；哪Ｐ脱芯?Ⅲ)-模型預測及分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2004,38(1):1483-1489(3)當氣化反應溫度接近煤灰熔點(diǎn)溫度時(shí)煤媒[6]烏曉江張忠孝,樸桂林等,高灰熔點(diǎn)媒高溫下煤焦氣組分(CO+H2+CH4)達到一個(gè)最大值隨溫度的CO2/水蒸氣氣化反應特性的實(shí)驗研究[J].中國電機進(jìn)一步升高,由于此時(shí)煤焦表面上的灰開(kāi)始發(fā)生熔工程學(xué)報,2007融,阻礙了煤焦與氣化劑的有效接觸,煤焦-CO2/[7]烏曉江張忠孝樸桂林等煤粉加壓氣流床氣化特H2O氣化反應速率下降,合成氣中CO和H2的含量性實(shí)驗研究[].工程熱物理學(xué)報,2008,29(8):也開(kāi)始下降,因此溫度在煤灰熔融溫度附近時(shí),合1431-1434.成氣的有效成分達到最大值。[8]任永強許世森張東亮,等.干煤粉加壓氣化技術(shù)的試驗研究[].煤化工,2004,112:10-13.參考文獻[9] Jae Goo Lee, Jae Ho Kim, Hyo Jin Lee. Characteristics of[1]于廣鎖.氣流床氣化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢[門(mén)].世entrained flow coal gasification in a drop tube reactor[J界科學(xué),2005,1:33-34.Fuel,1996,75(9):1035-1042[2]任水強許世森,部時(shí)旺。干法進(jìn)料煤氣化技術(shù)在中的[10] Koyama,s, Matuo,M. and Miyadera,H. J. Fuel Soc.Ja進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J].中國電力,2004,37(6):49-52an1986.65:660.[3]魏亮,張忠孝,烏曉江煤焦氣化反應過(guò)程中灰的熔融特性變化[J].潔凈煤技術(shù),207,13(6):66-69Experimental study on effects of operation parameterson entrained flow pulverized coal gasificationLU Cheng, ZHANG Zhong-xiao, WU Xiao-jiang, HUANG Feng-bao, CHEN Guo-yan, ZHOU Guo-fengSchool of Energy and Pouer Engineering, Shanghai University of science and Engineering, Shanghai 200093, China)Abstract: Experimental studies on gasification characteristics of both high and low fusing temperature coal were car-ried out by using experimental equipment for atmospheric pressure entrained-flow gasification in a 1600C droptube furnace. Investigate the characteristics of dry coal gasification in the temperature of 1200C to 1600C andO/C molar ratio.9 to 1. 2. The concentration of CO and H2, the carbon conversion all increase with increasing re-action temperature whereas the concentration of Co2 and CH4 decrease with increasing reaction temperature; Withincreasing O/C ratio, the concentration of CO and H, decrease and the concentration of CO2 increase; Ashcharacteristic of coal is a key factor on the syngas composition, The CO+ H2+Ch, content of the producthibit a maximum around the ash fusion temperature.Key words: entrained-flow: drop-tube furnace gasification; ash slag fusibility歡迎訂閱續凈媒芭蠢纛化工全年定價(jià)120CNMHGthne691 wl氣化參數對氣流床粉煤氣化影響實(shí)驗研究