高灰熔点煤加压气流床气化特性.docx

1、高灰熔点煤加压气流床气化特性第卷第期年月燃烧科学与技术吣科：高灰熔点煤加压气流床气化特性（上海理工大学动力工程学院，上海嬲；名古屋大学化学工学科，日本名古屋市）摘要：在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、碳转化率均随物质的量比的增加而增加，冷煤气效率则随物质的量比的增加旱现先增大后减小的变换规律；本实验条件下，最佳物质的量比在一之间，此时冷煤气效率达最大值（左右），相应碳转化率为；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，

2、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乌晓江，一，张忠孝，朴桂林，小林信介，森滋腾，板谷羲纪关键词：高灰熔点煤；气流床；气化特性；固态排渣中图分类号：（文献标志码：文章编号：（）扣”，（舀，），（），；，），印）：卸鹊船鹤￥出鹊，甩幽明柚盯鹊诅舾聃盯而，幽侬诵鸹南，船幽鸽瑁，嬲，聃“斗，砌岫“；部岫伽：油；髂煤气化技术作为我国洁净煤技术的重要组成部分之一，在满足我囤能源持续增长需要的同时，呵减少燃煤产生的，、，、：、烟尘等对大气的污染气流床气化由于具有易大规模化等优点，受到我国煤化工和发电行业的普遍关注引由于目前气流床煤气化技术普遍采用

3、液态排渣方式，因此，该技术在高灰熔点收稿日期：基金项目：国家高技术发展计划（）资助项日（）；日奉学术振兴会（）基金资助项日作者简介：乌晓江（一），男，博：，工程师，通讯作者：张忠孝。万方数据年月乌晓江等：高灰熔点煤加压气流床气化特性煤的选择上受到一定的限制，一般要求入炉煤的灰熔融温度砟一；对于砟的高灰熔点煤，常采用添加助熔剂或提高气化温度的方法来满足液态排渣工艺的需要刮我国煤种在灰特性方面与国外不同，平均灰含量较高（一般在一左右），且灰熔点普遍偏高，砟的煤分别占我国煤炭年产量、保有储量的和左右哺引如此多的高灰熔点煤，若采用添加助熔剂，势必在一定程度上增加了氧耗量、排渣量以及排渣热损失；而采用提

4、高气化温度（要求气化温度在二以上）的方法，则相应增加了氧耗量、煤气中：含量，并且降低了冷煤气效率和气化炉的使用寿命采用现有液态排渣型气流床气化技术燃用我国高灰熔点煤种将面临排渣困难等一系列问题，因此，有必要开发适合我国高灰熔点煤种的固态排渣型气流床煤气化技术为探索固态排渣方式的高灰熔点煤气流床气化技术，以及为今后该技术的大规模化提供依据，笔者在一规模的沉降式加压气流床气化实验装置上，对我国高灰熔点煤种在固态排渣气化温度领域内（煤灰熔融温度）的气化特性及其灰渣表面的熔融特性进行了实验研究实验装置及燃料特性实验装置及实验方法加压气流床煤气化实验系统如图所示，系统主要由加压给料系统、沉降式加压气化炉

5、、合成气冷却装置、旋风除尘器、布袋除尘器、合成气净化、分析装置以及合成气燃烧炉组成气化炉炉高，外径，内径，设计温度、压力分别为和（表压）；实际运行温度、压力分别为和（表压）；原料最大处理量约为（具体结构见图）由于气化炉采用自热方式，因此，实验过程中首先在升温燃烧器中投入。和：。燃烧用于炉内升温，当温度达到时，开始切换燃料并逐步减少。的投入量，同时逐步增加煤粉的投入量至实验设计值，并保持给料稳定煤粉输送方式采用氮气气力输送方式，即煤粉在：输送下，由炉顶的加压粉仓，通过星型给料器定量送入原料喷嘴，与来自原料喷嘴的：混合，一并进入气化炉进行部分燃烧与气化反应；气化反应最终生成的合成气由气化炉底部合成

6、气出口排出，经冷却器冷却后，先后进入旋风除尘器和万方数据布袋除尘器进行除尘，灰渣及未反应残碳在除尘器底部收集装置进行收集，除尘后的合成气经次冷却后（冷却到左右）送入气体分析仪进行成分分析，最后尾气送入燃烧炉进行燃烧处理合成气组成采用日本东荣产业株式会社生产的型自动气相色谱分析仪进行分析，每隔对合成气中的、。及。等种气体成分进行监测，并将结果送入计算机另外，为了能够实时监控整个气化过程，对合成气中主要气化产物（、。）采用日本岛津型红外气体分析仪进行在线连续监测，并将结果显示在系统控制盘上，以便监控整个气化过程图煤粉加压气流床气化实验系统装置示意圈沉降式加压气化炉示意（单位：衄）燃料特性及气化操作

7、条件实验所用燃料特性分析数据及气化操作条件分别见表和表燃烧科学与技术第卷第期表煤主要特性分析数据工业分析元素分析高位发热量（“），。加加加叫埘加“厌成分分析熔融温度粒径岬珥灿孔表煤粉加压气化操作条件点到点区域，炉内温度迅速下降，这主要是因为在这一区域主要发生煤焦的气化反应（吸热反应），同时伴随着气化炉对外界的散热损失，这一区域为气化反应区；当氧化区域温度高于时，气化反应区内的温度下降速率基本相同；而当氧化区域温度低于给料量（、（一）一操作压力（表压）实验运行参数所选用的物质的量比（尺。）采用式（）进行计算，其中氧物质的鼍按投入气化炉的氧气量与煤中所含氧量之和进行计算；碳物质的量按煤中所含碳量进

8、行计算时，其在气化反应区内的温度下降速率明显低于其在氧化区域温度高于时的情况这主要是因为，当氧化区温度小于时，煤焦气化反应特性主要表现为化学反应动力学控制，温度对化学：型等等竽和碳的百分含量，；为煤粉投入量，。的形式存在于合成气中，因此碳转化率叼（）反应速率影响较大，煤焦气化反应速率低于高温时（）的气化反应速率，从而温度下降速率明显式中：，为氧气投入量，；。、。分别为煤中氧在煤气化反应过程中，煤中的主要以、：、低于高温时的下降速率；当氧化区温度大于时，煤焦气化反应特性主要表现为扩散控制阶段【。，温度对化学反应速率的影响不如低温时明显，所以气化反应区内的温度下降速率基本相同，只是随着物质的量比的

9、不同略有不同从，点到点这一区间，温度下降趋势开始变缓，这说明经历了气化反应区内的气化反应后，主要气化反应基本达到或接近平衡，气化反应进行缓慢，其温度的下降主要是由炉内对外界的散热引起的；从点到点这一区域（接近炉膛出口），由于炉内对外的散热损失增大，导致炉内温度进一步快速下降（），炉一堕端嚣炉瓦瓦砸一刖，卜堕止挈型塑，了一丑二，式中：妒、妒啦和分别为合成气中、和。的体积分数，；为合成气体积流量，冷煤气效率田。按冷煤气效率的定义进行计算，即煤气化制得煤气热值与燃料（碳）的热值之比计算公式为式中：，、。和分别为合成气中：、和的热值，；为煤热值，拧结果与讨论不同物质的量比条件下炉内的温度分布图为在给料

10、量，不同物质的量比，不同。条件下的气化炉炉内温度分布，。下气化炉内的温度分布情况由图可知，由炉顶至日点这一区域，煤粉主要经历了升温、水分蒸发、挥发分释放、挥发分燃烧以及煤焦的部分燃烧，炉内温度迅速由室温升高至最高温度（点区域附近，图不同物质的量比对合成气特性的影响图、图分别为不同物质的量比尺。对出口），这一区域为一次反应区，即氧化燃烧区；由合成气组成以及对碳转化率、冷煤气效率的影响由图万方数据年月乌晓江等：高灰熔点煤加压气流床气化特性可知，随着物质的量比的增加，气化温度升高，高温有利于气化反应向吸热反应方向进行，碳转化率升高；但过多氧的存在，使得合成气中：、：的含量升高，、：含量降低，从而导致

11、冷煤气效率下降（见图）因此。存在一个最佳物质的量比，本实验条件下，最佳物质的量比在一之间，相应的最佳气化温度为，冷煤气效率达到最高，在左右，相应碳转化率为左右（见图）因此对于实际气化过程，应根据不同需要，综合考虑碳转化率和冷煤气效率图不同对合成气组成的影响图不同。对碳转化率及冷煤气效率的影响不同物质的量比与水煤气反应平衡常数的关系在煤气化反应过程中，一般认为均相水煤气反应可以率先达到平衡，该反应对合成气的组成有重要的影响水煤气反应及其平衡常数的定义如下：呻日一疋：塑迅：（）魄，叶（）妒。妒式中：妒，、妒。、妒、妒：分别为平衡时各气体组分的物质的量浓度，；咒为反应平衡温度，为进一步考察气化过程中

12、水煤气反应是否达到平衡以及确定气化反应平衡温度，本文将按出口合成气组成确定的水煤气反应平衡常数实验值与理论值进行分析比较，万方数据其结果如图所示实验采用，点处的温度作为反应平衡温度，得到水煤气平衡常数，实验值与理沦计算值比较接近，从而进一步说明了在气化炉，点附近气化反应基本达到平衡，随着物质的量比的升高，其平衡常数的实验值越接近理论值，说明随着气化温度的升高，气化反应越容易达到平衡图水煤气反应平衡常数煤灰表面的熔融特性分析为进一步考察高灰熔点煤在固态排渣气化温度范围内（小于煤灰流动温度一）气化时的灰渣表面熔融特性，在给料鼍为，尺。的操作条件下（气化温度为）连续运行约并将运行后气化炉底部、旋风分

13、离器和布袋除尘器内的灰渣进行电子扫描电镜（）分析系统各部收集的灰渣图片如图所示由图可知，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，灰中只有部分低熔融成分发生熔融，其熔融部分一般在几图气化过程中系统各部灰渣图片燃烧科学与技术第卷第期微米到十几微米之间，而布袋除尘器中的灰渣并没有发生熔融现象；由于灰中熔融部分占整个灰渣的比例很小，因此可以认为高灰熔点煤在气化时的结渣倾向较弱，不易发生结渣、排渣口堵塞等问题结论（）对于气流床气化方式，整个气化过程大致可分为两个阶段，以氧气消耗完毕为分界点第一阶段主要以剧烈的燃烧反应为主，反应速度快；第二阶段主要以较缓慢的气化反应为主高温有利于气化反应向

14、吸热方向进行，但当温度高于时，其温度对煤焦气化反应速率的影响不如低温时明显这主要是冈为煤焦气化反应的控制反应速率在一温度范围内发生转变，由低温的化学反应动力学控制阶段转变成高温时的扩散控制阶段（）随着物质的量比的增加，气化温度升高，高温有利于气化反应向吸热反应进行，碳转化率升高；但过多氧的存在，使得合成气中：和：的含量升高，、：含量降低，从而导致冷煤气效率下降本实验条件下，最佳物质的量比在之间，相应的最佳气化温度为（）在气化温度为时，可获得较高的碳转化率和冷煤气效率，分别为和该操作条件下，高灰熔点煤在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，灰中只有部分低熔点成分发生熔融，其熔融部

15、分一般在几微米到十几微米之间，而布袋除尘器中的灰渣并没有发生熔融现象；由于灰中熔融部分占整个灰渣的比例很小，因此，可以认为高灰熔点煤在气化时的结渣倾向较弱，不易发生结渣、排渣口堵塞等问题参考文献：黄戒介，房倚天，王洋现代煤气化技术的开发与进展燃料化学学报，（）：，肌锄，衄鹊如蒯几现括竹口，乃肿魄，（）：（）许世森与未来煤电中国电力，（）：访既打记尸锄盯，（）：（）儿涵加删如阳如“肋沈，蛔，（）：万方数据李寒旭，陈方林配煤降低高灰熔融性淮南煤灰熔点的研究煤炭学报，（）：，咖如岍矿饥加跏拓钞，（）：（）乌晓江，张忠孝，朴桂林，等配煤对降低高灰熔融性煤的三元相图分析洁净煤技术，（）：，】【，舾（池愕

16、甜加蜥，（）：（）扁晓江，小林信介，朴桂林，等中国力石炭资源量匕高融点灰石炭疗灭化口七灭力梭封第回石炭会装谕文集高知，日本，：，嬲“咖陀胱讥却饥（，：（趴）陈鹏中国煤炭性质、分类和利用北京：化学工业出版社，托删瓜妇螂批越函凡口利阶以汤昭矿劬删以：，（）王洋，吴晋沪中国高灰、高硫、高灰熔融惟温度煤的灰熔聚流化床气化煤化工，（）：卸，鹊，曲证口饥竹，（）：（）周静，周志杰，龚欣，等煤焦二氧化碳气化动力学研究（）：等温热重法煤炭转化，（）：，嫡，击（）：丌玎目口聊如，（）：（）：水蒸气气化反应特性的实验研究中国电机工程学报，（）：册，髓肋，鹞衄丑诵玳，优卯，栌矿琥，（）：（），衄，“卜丌啪胁，：乌晓

17、江，张忠孝，朴桂林等高灰熔点煤高温下煤焦高灰熔点煤加压气流床气化特性作者：乌晓江， 张忠孝， 朴桂林， 小林信介， 森滋勝， 板谷義紀， WU Xiao-jiang， ZHANGZhong-xiao， PIAO Gui-lin， KOBAYASHI Nobusuke， MORI Shigekatsu， ITATYAYoshinori乌晓江,WU Xiao-jiang(上海理工大学动力工程学院,上海,200093;名古屋大学化学工学科,日本名古屋市,464-8603)， 张忠孝,ZHANG Zhong-xiao(上海理工大学动力工程学院,上海,200093)， 朴桂林,小林信介,森滋勝,板谷義紀

18、,PIAO Gui-lin,KOBAYASHI Nobusuke,MORIShigekatsu,ITATYA Yoshinori(名古屋大学化学工学科,日本名古屋市,464-8603)燃烧科学与技术JOURNAL OF COMBUSTION SCIENCE AND TECHNOLOGY2009，15(2)0次作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：参考文献(11条)1.黄戒介.房倚天.王洋 现代煤气化技术的开发与进展期刊论文-燃料化学学报 2002(5)2.许世森 IGCC与未来煤电期刊论文-中国电力 2005(2)3.Collot Anne GaeUe Matching gasification t