反应条件对气流床煤气化过程及其灰渣特征的影响

【摘要】：煤电仍然将是未来我国电力的主要来源。随着环保要求的提高，需要发展高效、低污染的绿色洁净燃煤发电技术。IGCC技术是一种高效低污染的洁净煤发电技术，尤其是和CO2联合脱除技术结合时，具有低成本的优势。气化炉及配套的废热锅炉是IGCC电站的关键设备，制造成本高并且在运行过程存在很多的问题，因此深入认识气化过程的关键因素，以及气化过程中粉煤灰的熔融特性，是提高IGCC电站的可用率和降低其运行成本的基础。 通过分析气化的原理及气化过程，对影响沉降炉气化性能的主要因素进行了理论计算，了解到煤粉的粒度及给煤量对气化效果有重要的影响，确定了实验台的改造方向。对现有的沉降炉气化实验装置的螺旋给料机进行了改造，以提高微量给粉时的均匀性和稳定性，提出了螺旋给料用于微量给粉的几个重要条件，并且进一步尝试了去解决燃烧器的混合问题和气化剂预热问题。 在实验台改造的基础上，对气化实验进行了调试。调试结果显示，合成气中有效气成分是随氧煤比的增加呈先增加后减小的趋势。通过调整氧煤比优化了气化效果，并对气化实验结果进行了分析。在该试验条件下，该煤种的最佳O/C比在0.93左右。 在优化后的条件下进行了气化实验，并且收集了气化反应行程的灰渣。从制取的渣样的外观看来，随着温度和气化反应过程的进行，渣层外貌有显著的不同。在1200℃左右有灰渣大面积熔融的现象；高于熔点100℃，熔渣均匀的附于表面，形成致密的渣层。对灰渣进行了SEM和EDS分析，比较了不同温度对熔融的影响，了解灰渣成分中对熔融有影响的关键因素。对比了不同停留时间对灰渣熔融特性的影响。并且将沉降炉气化的灰渣与还原性气氛下固定床中制的灰渣进行了对比分析，分析了不同条件下熔融特征的异同。从分析结果可以看出，沉降炉气化灰渣的结构主要受熔融作用的影响；而固定床灰渣的结构受压片时的孔的结构分布和熔融作用的双重影响，这与固定床灰渣中颗粒不能流动，熔融因素只能影响到单颗粒及其周围颗粒有关。 本文利用沉降炉对粉煤进行气化，为研究气化熔渣的性质提供了一种可行的研究手段，可以用于分析特定煤种的灰渣形成过程，以及分析该煤种在气化过程中的结渣倾向。 【关键词】：粉煤气化 氧煤比 螺旋给料机 灰渣熔融性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 本课题研究背景10-15
• 1.1.1 发展洁净燃煤技术的必要性10-11
• 1.1.2 IGCC技术特点介绍11-14
• 1.1.3 配套的废热锅炉存在的问题14-15
• 1.2 国内外研究现状综述15-17
• 1.3 本课题研究内容17-18
• 第2章 气化实验台的改造18-40
• 2.1 原实验台介绍18-25
• 2.1.1 给粉系统和燃烧器19-20
• 2.1.2 配气系统20
• 2.1.3 温控及加热系统、反应器本体20-22
• 2.1.4 取样系统和排污系统22-23
• 2.1.5 分析系统23-25
• 2.2 粉煤气化过程及关键影响因素简介25-28
• 2.2.1 煤的粒度、挥发分及活性的影响26
• 2.2.2 水分、灰分的影响26
• 2.2.3 灰熔点与灰组分的影响26-27
• 2.2.4 氧煤比、温度与蒸汽煤比的影响27
• 2.2.5 压力的影响27-28
• 2.2.6 流动与混合的影响28
• 2.3 气化实验关键反应条件的理论计算28-32
• 2.3.1 改变氧煤比的影响30-31
• 2.3.2 改变粒径的影响31
• 2.3.3 改变给煤量的影响31-32
• 2.3.4 主要影响因素总结32
• 2.4 螺旋给料机微量给粉的改进32-38
• 2.4.1 更换弹簧给料杆34-35
• 2.4.2 搅拌电机的转速调节35-36
• 2.4.3 料槽处的振动装置36
• 2.4.4 密封轴承外加冷却风36
• 2.4.5 落料斗与给粉管处的加工精度36-37
• 2.4.6 螺旋微量给料的关键37-38
• 2.5 燃烧器混合问题的调试38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 气化实验调试及结果分析40-52
• 3.1 实验台调试工作40-45
• 3.1.1 仪器仪表调试40-42
• 3.1.2 气密性检查42-44
• 3.1.3 给料机标定44-45
• 3.2 气化实验操作步骤45-49
• 3.2.1 实验前准备工作45-47
• 3.2.2 开始实验后的调试工作47-48
• 3.2.3 实验后处理过程48
• 3.2.4 气化实验过程中一些注意事项48-49
• 3.3 气化实验结果及分析49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 灰渣熔融性实验和结果分析对比52-73
• 4.1 灰渣熔融性实验52-53
• 4.2 实验结果分析53-72
• 4.2.1 结渣棒外貌特征53-55
• 4.2.2 结渣的微观分析55-72
• 4.3 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78-82
• 致谢82

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