新型近零排放煤气化燃烧利用系统

【摘要】：在相当长时期内，煤炭仍然是当今世界最重要的一次能源。由于燃煤设备和燃烧技术的相对落后，带来了煤燃烧效率不高和环境污染严重两大问题。因此，煤的近零排放利用系统是今后发展的一个方向。 本文在综述了国内外以CO_2接受体法为基础的近零排放系统的基础上，提出了新型的近零排放煤气化燃烧利用系统，并对此进行了初步的研究。在这个系统中，煤被加入压力循环流化床气化炉里以水蒸气为气化介质进行部分气化产生H_2、CO和CO_2。在以CaO作为接受体吸收CO_2并放出气化反应所需的热量的同时，CO也通过水煤气变换反应被转化。气化过程所产生高纯度氢气供给固体氧化物燃料电池发电。煤经部分气化后所剩的低活性焦碳和吸收CO_2后产生的CaCO_3一起被送入循环流化床燃烧炉，焦炭和燃料电池所排出的含氢尾气燃烧提供CaCO_3分解所需的热量。燃烧炉产生的高浓度CO_2与其他污染物(SO_x、NO_x等)一起经余热发电后综合处理，从而实现整个系统的近零污染物排放。 本文对该系统的一种典型方案做了计算，得到该系统的整体发电效率能达到66％左右。分析了该系统中各部分参数对整个系统的影响，发现当碳转化率提高时，该系统整体发电效率也随之提高；当提高系统压力，系统的整体发电效率也将随之提高。展望了采用先进制氧技术——ITM高温制氧后对系统效率的改善。最后，比较了在相同初参数下该系统与IGCC系统的效率，显示了该近零排放系统的优势。 本文对当系统采用常压燃烧时燃烧炉中的两个主要反应——石灰石的分解反应和半焦燃烧反应做了初步的试验研究。在热天平上进行了石灰石热解试验，得到了不同气氛、不同粒径下石灰石分解的TG曲线，并计算出该反应的活化能。在我们所自行搭建的小型流化床上进行了半焦燃烧试验，得到了不同反应温度、不同反应气氛以及不同半焦的燃烧特性曲线。为对燃烧炉内反应过程的进一步研究做了基础。 【关键词】：CO_2接受体法气化 近零排放 循环流化床 半焦燃烧 石灰石煅烧
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 世界能源与环境的现状与未来8-10
• 1.2 近零排放利用系统是煤碳利用技术的发展方向10-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 参考文献16-17
• 第二章 以CO_2接受体法为基础的近零排放煤利用系统发展概况17-29
• 2.1 以CO_2接受体法为基础的零排放煤利用系统工作原理17-18
• 2.2 美国GE能源与环境研究公司的系统18-20
• 2.3 美国零排放利用煤联盟的系统20-23
• 2.4 日本新能源综合开发机构(NEDO)的系统23-27
• 参考文献27-29
• 第三章 新型近零排放煤气化燃烧利用系统及其分析29-62
• 3.1 方案构建29-32
• 3.2 近零排放煤气化燃烧利用系统典型方案计算32-50
• 3.2.1 循环流化床气化炉计算33-39
• 3.2.1.1 原料热解过程的计算33-35
• 3.2.1.2 气化过程的计算35-36
• 3.2.1.3 气化炉的热平衡36-39
• 3.2.2 循环流化床燃烧炉的计算39-41
• 3.2.3 烟气轮机的计算41-44
• 3.2.4 固体氧化物燃料电池(SOFC)的计算44-47
• 3.2.5 余热锅炉的计算47-48
• 3.2.6 辅机能耗48
• 3.2.7 系统效率和主要计算结果48-50
• 3.3 不同参数的改变对系统性能的影响50-56
• 3.3.1 碳转化率对系统性能的影响50-52
• 3.3.2 压力对系统性能的影响52-53
• 3.3.3 空分系统对系统效率的影响53-55
• 3.3.4 与整体煤气化联合循环(IGCC)的比较55-56
• 3.6 本章小结56-58
• 参考文献58-62
• 第四章 O_2／CO_2／N_2气氛下石灰石煅烧热天平试验62-73
• 4.1 试验目的及文献综述62-64
• 4.2 试验研究64-71
• 4.2.1 周浦石灰石成分特性64
• 4.2.2 试验方法64-65
• 4.2.3 试验结果与分析65-68
• 4.2.4 石灰石分解的动力学分析68-71
• 4.4 本章小结71-72
• 参考文献72-73
• 第五章 小型流化床台架上的半焦燃烧试验73-89
• 5.1 实验目的73
• 5.2 半焦燃烧的文献综述73-80
• 5.2.1 流化床上的试验研究73-75
• 5.2.2 管式炉中的试验研究75
• 5.2.3 在热天平上的试验研究75-78
• 5.2.4 在其他设备上进行的实验研究78-80
• 5.3 试验研究80-87
• 5.3.1 试验台架简介80-82
• 5.3.2 半焦的制备82-83
• 5.3.3 半焦燃烧试验83-87
• 5.4 本章小结87-88
• 参考文献88-89
• 第六章 全文总结89-91
• 致谢91

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