循環(huán)流化床部分煤氣化試驗研究

第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月循環(huán)流化床部分煤氣化試驗研究黃亞繼，金保升,仲兆平,周宏倉,孔火良(東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電和燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇南京210096 )摘要:以空氣和水蒸氣為氣化劑,在小型循環(huán)流化床上對3種不同煤種進(jìn)行了部分煤氣化試驗研究。結果表明,氣化過(guò)程產(chǎn)生的焦油很少,隨著(zhù)空煤比的增加,煤氣中氫、-氧化碳、甲烷的含量呈減少趨勢;汽煤比的增加能加大煤氣中氫、-氧化碳的含量;氣化溫度是影響煤氣成分的主要因素,床層高度和煤種對煤氣成分也有影響,鈣、鈉、鉀等堿土金屬化合物對煤氣化具有催化作用。關(guān)鍵詞:部分煤氣化;循環(huán)流化床;試驗研究.中圖分類(lèi)號: TQ546文獻標識碼: B文章編號:0253 -2336 ( 2003) 12 -0020-03Experiment and research on partial coal gasification in circulated fluidized bedHUANG Ya-ji ,JIN Bao-sheng , ZHONG Zhao-ping , ZHOU Hong- cang , KONG Huo-liang( Key Lab , Ministry of Education , Clean Coal Powver Generation and Combustion Technology , South - East University , Nanjing 210096 , China )流化床氣化爐作為一種新一代氣化爐 ,由于具膛。來(lái)自風(fēng)機的空氣經(jīng)過(guò)油燃燒室內部的空氣加熱有傳熱、傳質(zhì)效率高,床層溫度均勻,煤種適應性器預熱到450C后，與從蒸汽過(guò)熱器過(guò)來(lái)的260C強,煤粒在很短時(shí)間內便完成干燥、升溫、反應過(guò)的蒸汽混合,經(jīng)布風(fēng)板進(jìn)入爐膛。電熱鍋爐出來(lái)的程,顆粒的大量循環(huán)使顆粒在床內總停留時(shí)間提高0.6MPa飽和水蒸氣經(jīng)減壓閥降壓后,進(jìn)入蒸汽過(guò).等，從而使得其在煤氣化工藝上的應用越來(lái)越引起熱器進(jìn)-步升溫。蒸汽旁路設計以及電熱鍋爐和蒸人們的重視。段鈺鋒等人在一臺噴 動(dòng)流化床上研究汽過(guò)熱器加熱功率的可調性能保證所需加入的蒸汽了氣化溫度和煤氣組分隨給煤量、流化風(fēng)量、水蒸量。由油燃燒室出來(lái)的1 100C 的燃油煙氣,在爐氣的變化規律。胡平放在一臺內徑為500 mm的膛本體夾套導流板的作用下加熱本體,通過(guò)調節燃中試煤氣化裝置上研究了爐溫、給煤量、空氣預熱油風(fēng)量和燃油量改變預熱空氣溫度、本體夾套煙氣溫度等對煤氣熱值的影響(21。彭萬(wàn)旺研究了加壓加熱溫度和夾套加熱煙氣量。本體夾套出來(lái)的燃油流化床粉煤氣化工藝特性53]。但這些研究并沒(méi)有煙氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)夾套和回料管夾套后排出室外。攜帶嚴格做到單- -因素對煤氣的影響,其結論往往是溫細粉飛灰的煤 氣離開(kāi)氣化爐頂部出口,進(jìn)入- 級、度與其它因素的綜合作用結果。本試驗在內徑為二級旋風(fēng)除塵器,其中-級旋風(fēng)除塵器收集下來(lái)的100 mm小型循環(huán)流化床氣化裝置上,研究了單一飛灰從回料管經(jīng)L閥回料控制器返回氣化爐進(jìn)-因素對氣化的影響,目的在于得出循環(huán)流化床部分步參加反應，二級旋風(fēng)除塵器收集下來(lái)的飛灰經(jīng)控煤氣化規律,為進(jìn)-步研究類(lèi)似于IGCC的部分煤制閥門(mén)直接排出。L閥回料控制器的松動(dòng)氣流采用氣化提供理論基礎。浮子流量計,載氣為氮氣。二級旋風(fēng)除塵器出來(lái)的煤氣經(jīng)除焦裝置降溫除焦后,進(jìn)入布袋除塵器,最1試驗裝置終由引風(fēng)機通過(guò)煤氣燃燒裝置燃燼后排到室外。煤氣化爐本體內徑100 mm ,布風(fēng)板至爐膛出口氣取樣口位于布袋除塵器出口。有效高度4.3 m。床料采用粒徑小于0.6 mm的石試哈田甘和莊*英砂,粒徑小于1mm的煤由螺旋給料器投入爐中國煤化工HY HCNMH其:徐州優(yōu)質(zhì)煙煤、徐基金項目:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展規劃項目子課題( G19990221053 );州劣質(zhì)煙煤和陽(yáng)泉無(wú)煙煤,平均粒徑為0. 548 mm。教育部跨世紀優(yōu)秀人才基金資助項目( K980026 ) ;教育部骨干教師基工業(yè)分析和元素分析數據見(jiàn)表1。所使用的惰性床金江蘇”青藍工程”基金( JS9802 )料是寬篩分的石英砂, 平均粒徑為0.362 mm。20第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月表1煤的基本特性工業(yè)分析/%元素分析/%發(fā)熱量/kJ. kg-'煤樣V。A。FCCadHuNaO高位低位徐州優(yōu)質(zhì)煙煤2.7230.572.6254. 0970. 404. 540. 631. 247. 8528. 91.27. 91徐州劣質(zhì)煙煤4. 4225. 2422.90 47. 44 .60. 363.720.440.927. 2424. 2723. 40陽(yáng)泉無(wú)煙煤3. 677. 9720. 8567.5168. 222. 640.932. 7726. 2425. 6產(chǎn)氣率和燃燒溫度也隨之增加,二氧化碳還原反3試驗結果分析應、水分解反應和焦油的二次裂解得以加強,增加3.1床料流化特性了煤氣中一氧化碳和氫的含量,提高了煤氣熱值和床料冷態(tài)流化特性如圖1所示,當氣流流速達碳轉化率;②空煤比越大,參加燃燒的份額也越到約0.28 m/s時(shí),再繼續增大流速,料層壓差幾大,煤氣中無(wú)效成分二氧化碳也越大。氣流速度增乎保持不變,此時(shí)即可認為床內物料處于起始流化加時(shí),氣體、固體在流化床內的停留時(shí)間減少,氣狀態(tài),冷態(tài)臨界流化速度約為0.28m/s?；屎吞嫁D化率會(huì )相應降低。在氣化爐氣化強度5p一定的情況下 ,氣化煤量的增加會(huì )造成氣化深度不夠，從而影響碳轉化率。所以,為了獲得有效的氣化效果,必須選擇合適的空煤比,要均衡兼顧煤氣熱值和產(chǎn)氣率。在試驗中,煤氣熱值較低是由于采實(shí)2-用空氣氣化時(shí)大量的氮氣稀釋了可燃氣體和常壓循環(huán)流化床料溫度不夠高的緣故。煤氣熱值和產(chǎn)氣率00.20.4~0.6與先前的研究結果相近13。表觀(guān)流化速度/m.s-13.3氣煤比對煤 氣成分的影響圖1床料冷 態(tài)流化特性曲線(xiàn)試驗時(shí),料層靜止高度400 mm,床料溫度940 ~945C , 空氣量7. 89 m'/h。加入適量的水蒸3.2 空煤比對煤氣成分的影響試驗時(shí)，料層靜止高度400 mm,床料溫度氣能增加煤氣中氫、-氧化碳、甲烷的含量(圖3)。 水蒸氣分解時(shí),其中的氧原子與碳反應生成940~945C , 蒸汽加入量1.9 kg/h。在床料溫度不一氧化碳，替代了部分氧,從而降低了氧消耗量。變的情況下,隨著(zhù)空煤比的增加,煤參加燃燒的份但實(shí)際工業(yè)化運行中當加入水蒸氣過(guò)多時(shí),會(huì )降低額增加,如圖2所示。具體表現在氫氣和一氧化碳爐溫,從而阻礙二氧化碳還原和水蒸氣分解反應,的含量呈減少的趨勢,甲烷的含量也略微減少。在影響氣化過(guò)程。實(shí)際工業(yè)化運行中必須考慮空煤比對氣化溫度的影3.4床層溫度對煤氣成分的影響響,因為工業(yè)化運行的氣化爐,其氣化溫度實(shí)際上試驗時(shí),料層靜止高度400 mm,氣煤比是由空氣和水蒸氣的加入量決定的?？彰罕葘饣?.51 ,空煤比2.2。 在空煤比和氣煤比不變的情況過(guò)程存在2方面的影響:①隨著(zhù)空煤比的增加,1672O2t 64CO68遲H2-8- H2|64co8N2中國煤化工z°50 z{6, CH2MHCNMHG出562.02.53. 03.5出9.3o.0.50.空煤比/m3. kg-+氣煤比/m3. kg-圖2空煤比對煤 氣體成分的影響圖3氣煤比對煤 氣成分的影響21第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月下,通過(guò)改變燃油量和燃油風(fēng)量得出不同床層溫度3.6氣化副產(chǎn) 品焦油下的煤氣成分(見(jiàn)圖4 )。從除焦裝置收集下來(lái)的溶液,大部分是懸浮有飛灰的冷凝水,焦油含量很少。主要原因是進(jìn)入密-n68CO2~相區的燃料迅速分布于熾熱顆粒之間,突然受到均t 66co、H2|64遲勻加熱，干燥和干餾過(guò)程即在瞬間完成,使揮發(fā)分|62洲分解完全,從而產(chǎn)生的焦油很少。s8