循环流化床双床煤气化工艺试验研究

【摘要】：低阶煤的热解和气化转化及梯级利用是目前研究的热点,是洁净煤技术的主要研究领域。先进的煤气化技术不仅能使燃烧排放的大气污染物大为降低,而且能极大地提高煤炭利用率。 本论文依据褐煤挥发分含量和反应活性高的特点,将循环流化床单床煤气化技术与移动床高温热解技术结合在一起,提出了一种循环流化床双床煤气化新工艺。通过冷态试验,研究了气化炉、热解炉和返料器之间的压力平衡关系和物料循环特性,提出了一种实现气化炉与热解炉之间压力自平衡的原理和设计计算方法。 通过0.25t/d循环流化床双床热态试验的探索研究,证明了循环流化双床高温热解气化工艺的可行性,分析了系统的质量平衡和热量平衡关系。 在2.5t/d循环流化床双床煤气化热态试验台上,完成了褐煤的高温热解气化工艺试验。试验结果表明,试验台在循环流化床双床煤气化工况下可以实现稳定运行；典型工况下,混合煤气低位热值4.09MJ/m3,产率为1.71m3/kg；热解煤气的低位热值为12～14MJ/m3,热解煤气产率为0.17m3/kg。按混合煤气计算冷煤气效率为40.28%,碳转化率为72.8%。进行了循环流化床单床和循环流化床双床煤气化工艺的对比试验,在相同的温度条件下,循环流化床双床煤气化工艺可以有效地提高装置的气化强度和处理能力,能够有效地利用煤中高品位化学能,产生的混合煤气热值高于循环流化床单床煤气化工艺。通过与工业试验数据的对比修正,计算出循环流化床双床煤气化工艺的冷煤气效率预测值为54.19%,碳转化率预测值为91.98%。 根据冷态试验和热态试验结果,完成了5t/d循环流化床双床煤气化试验台的中间放大设计,提出了关键工艺参数的设计原则和工艺计算方法,为规模放大和工程示范提供技术支持。 【关键词】：循环流化床双床 煤气化 工艺试验
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 符号表8-16
• 第一章 绪论16-41
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 循环流化床双床技术的工艺原理17-18
• 1.3 双流化床技术的研究现状18-37
• 1.3.1 燃烧与热解耦合的双床工艺19-24
• 1.3.2 燃烧与气化耦合的双床工艺24-31
• 1.3.3 部分气化与热解耦合的双床工艺31-35
• 1.3.4 双床工艺综述小结35-37
• 1.4 中国科学院工程热物理研究所双床气化工艺研究进展37-39
• 1.4.1 循环流化床多联供热态试验探索37
• 1.4.2 循环流化床多联供试验研究37-39
• 1.4.3 双流化床热解提油试验研究39
• 1.5 本文的研究目的和主要内容39-41
• 第二章 循环流化床双床系统及关键部件冷态实验研究41-67
• 2.1 采用双返料器的双循环流化床冷态实验研究41-58
• 2.1.1 前言41-42
• 2.1.2 双循环流化床冷态实验系统42-44
• 2.1.3 双返料器原理44-45
• 2.1.4 实验物料45-46
• 2.1.5 实验方法46-47
• 2.1.6 实验结果与分析47-51
• 2.1.7 压力平衡模型研究51-58
• 2.2 宽筛分半焦返料特性冷态实验研究58-65
• 2.2.1 实验系统58-59
• 2.2.2 实验物料59-60
• 2.2.3 实验方法60-61
• 2.2.4 实验结果与分析61-65
• 2.3 本章小结65-67
• 第三章 0.25 t/d煤高温热解气化热态试验研究67-83
• 3.1 燃料及床料特性67-68
• 3.2 试验系统68-69
• 3.2.1 试验台本体68
• 3.2.2 试验台测量控制系统68-69
• 3.3 试验过程及分析方法69-71
• 3.3.1 试验过程69-70
• 3.3.2 煤气分析70
• 3.3.3 半焦及飞灰分析70
• 3.3.4 计算方法70-71
• 3.4 试验结果与分析71-82
• 3.4.1 热解温度对热解煤气成分、产率及热值的影响71-73
• 3.4.2 热解半焦特性分析及变化规律73-77
• 3.4.3 系统平衡核算77-82
• 3.5 本章小结82-83
• 第四章 2.5 t/d循环流化床双床煤气化热态试验研究83-107
• 4.1 试验系统84-85
• 4.1.1 试验台本体84
• 4.1.2 辅助系统84-85
• 4.1.3 测量与控制系统85
• 4.2 试验物料85-86
• 4.3 试验过程及分析方法86-89
• 4.3.1 试验过程86-87
• 4.3.2 煤气及灰渣分析87-88
• 4.3.3 计算方法88-89
• 4.4 典型工艺运行特性89-92
• 4.5 单、双床气化对比试验92-95
• 4.6 双床煤气化试验研究95-101
• 4.6.1 空气/煤比的影响95-98
• 4.6.2 蒸汽/煤比的影响98-101
• 4.7 设备性能校核101-104
• 4.7.1 旋风分离器性能的校核101-103
• 4.7.2 惯性分离器103-104
• 4.8 工业试验数据对比及工艺理论指标104-105
• 4.9 本章小结105-107
• 第五章 5 t/d循环流化床双床煤气化试验台设计107-118
• 5.1 循环流化床双床煤气化试验系统107-109
• 5.2 设计条件109-111
• 5.2.1 煤种适应性109
• 5.2.2 设计温度109-110
• 5.2.3 气化剂组成110-111
• 5.3 工艺计算111-117
• 5.3.1 基本原理111-112
• 5.3.2 煤气组成计算方法112-115
• 5.3.3 流体动力特性计算115-116
• 5.3.4 计算流程116-117
• 5.4 本章小结117-118
• 第六章 结论与展望118-121
• 6.1 结论118-119
• 6.2 论文创新点119
• 6.3 未来工作展望119-121
• 参考文献121-129
• 攻读博士学位期间发表的学术论文129-130
• 致谢130

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