循环流化床热电气多联产试验及理论研究

论文题目: 循环流化床热电气多联产试验及理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 工程热物理

作者: 刘耀鑫

导师: 骆仲泱,方梦祥,岑可法

关键词: 循环流化床,多联产,热解,部分气化,空气,水蒸汽,再循环煤气,焦油,氧化热裂,解模拟

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 煤碳作为我国的主要能源，往往通过单一方式加以利用，为了取得较高的转化效率，导致技术复杂，设备庞大，投资及生产成本高。煤的多联产技术是把以煤为资源的多个生产工艺作为一个系统来考虑，从整体利用效率的角度来提高煤炭资源利用率，则可以更好地解决所面临的资源与环境问题。本文比较全面地综述了国内外多联产技术的研究现状，对其主要方向：以煤热解为基础的热电气多联产技术；以煤部分气化为基础的热电气多联产技术；以煤完全气化为基础的热电气多联产技术进行了评述。为了了解煤的热解、气化、燃烧不同阶段的反应特点，分析反应速率与各项物理因素(如浓度、温度、压力、催化剂、升温速率等)之间的定量关系，本文进行了煤热解、气化、燃烧的热重试验研究。获得了煤在这三种转化过程中的反应特性及其影响因素，从而用于指导试验和工业设计及运行。为了进行煤的多联产方案试验研究，建立了1MW多联产循环流化床热电气多联产试验装置，并进行大量的试验。其中试验主要包括空气部分气化半焦燃烧和再循环煤气热解半焦燃烧两种试验方案。试验数据都是在比较长时间稳定运行条件下获得的。试验结果表明，空气部分气化半焦燃烧方案得到的煤气热值较低，为4-5MJ／Nm~3，气化炉床层温度对碳转化率影响较大，随着反应温度升高碳转化率提高。再循环煤气煤热解半焦燃烧方案产生的是12-14MJ／Nm~3中热值煤气，但气化炉内碳转化率较低。焦油在煤气的安全生产、设备运输等过程中都存在较大危害，为了研究焦油的裂解脱除特性，使多联产系统稳定运行、提高产气率，我们在1MW热电气多联产试验台上进行了空气部分气化和循环煤气热解两种工艺的焦油析出、脱除试验，考虑了添加石灰石／不添加石灰石对反应工况的影响。结果表明，石灰石的加入除具有脱硫效果外，还对焦油的分解有一定的促进作用。除了通过调整运行条件、添加催化剂，我们还设计了焦油的氧化热裂解装置，希望焦油在高温条件下降低含量甚至彻底消除。试验结果表明随裂解温度升高煤气中焦油含量显著降低。在前人建立的循环流化床锅炉、流化床气化炉模型的基础上，结合在1MW循环流化床多联产试验装置上取得的试验研究结果，建立了流化床煤热解气化、循环流化床半焦燃烧多联产方案的数学模型。本模型主要考虑了流化床流体动力特性模型、煤热解气化模型、污染物及焦油脱除炉内模型、分离器模型、煤焦的磨损扬析模型、焦油热裂解装置模型、循环流化床换热模型以及气化炉、锅炉的物质能量平衡关系。运用循环流化床多联产整体数学模型对在1MW多联产试验装置上进行的试验工况

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 目前能源消耗状况及结构

1.2 煤的多联产技术是解决能源与环境问题主导技术之一

1.3 目前主要的热电气多联产技术

1.3.1 煤热解气化热电气多联产技术

1.3.2 煤部分气化热电气多联产技术

1.3.3 煤完全气化多联产技术

1.4 本文研究内容

第二章煤的热电气多联产技术研究现状

2.1 煤热解热电气多联产技术

2.1.1 煤热解热电气多联产技术国内研究现状

2.1.2 煤热解热电气多联产技术国外研究现状

2.2 煤部分气化热电气多联产技术

2.2.1 煤部分气化热电气多联产技术国内研究状况

2.2.2 煤部分气化热电气多联产技术国外研究状况

2.3 煤完全气化热电气多联产技术

2.3.1 煤完全气化热电气多联产技术国内研究状况

2.3.2 煤完全气化热电气多联产技术国外研究状况

2.4 多联产技术分析

2.4.1 几种多联产技术比较

2.4.2 多联产的关键技术

2.5 本章小结

第三章煤热解、气化、燃烧分级转化的动力学实验分析

3.1 煤热解、气化、燃烧分级转化的动力学实验研究意义

3.2 煤热解、气化、燃烧分级转化的动力学实验研究

3.2.1 试验方法

3.2.2 试验样品及设备

3.2.3 试验工况的设定

3.2.4 煤热解、气化、燃烧热重实验

3.3 热解、气化、燃烧表观动力学模型

3.4 本章小结

第四章煤的热解气化燃烧多联产工艺验证试验

4.1 1MW循环流化床热电气多联产试验装置介绍

4.1.1 试验系统主要部件

4.1.2 流化床气化方案

4.1.3 试验装置主要设计参数

4.1.4 试验装置运行方式及所用测试仪器

4.2 给料特性分析

4.3 煤的循环流化床热电气多联产工艺验证试验

4.3.1 冷态试验

4.3.2 系统点火升温

4.3.3 空气部分气化半焦燃烧试验

4.3.4 再循环煤气煤热解半焦燃烧工艺验证试验

4.4 本章小结

第五章煤的热电气多联产工艺中焦油的裂解与脱除试验研究

5.1 前言

5.1.1 煤焦油的特性及危害

5.1.2 焦油的研究意义

5.2 影响焦油含量和脱除方法的研究现状

5.2.1 焦油含量炉内影响因素

5.2.2 炉外焦油的脱除方法

5.3 1MW多联产试验装置气化试验中焦油的裂解与脱除研究

5.3.1 焦油与煤气取样分析

5.3.2 给料特性分析

5.3.3 部分空气气化方案焦油裂解与脱除试验

5.3.4 再循环煤气热解方案焦油裂解与脱除试验

5.4 本章小结

第六章循环流化床热电气多联产装置的总体数学模型

6.1 流化床和循环流化床数学模型概述

6.1.1 流化床气化炉数学模型概述

6.1.2 循环流化床数学模型概述

6.2 循环流化床热电气多联产装置的总体数学模型

6.2.1 炉内流体动力特性的数学模型

6.2.2 流化床气化炉炉内反应模型

6.2.3 循环流化床锅炉数学模型

6.2.4 流化床气化炉炉内污染物(H_2S、NH_3)及焦油脱除模型

6.2.5 旋风分离器模型及循环倍率的确定

6.2.6 炉内颗粒磨损、扬析夹带数学模型

6.2.7 系统物质和能量平衡数学模型

6.2.8 模型计算步骤和条件

6.3 本章小结

第七章循环流化床热电气多联产装置数学模型计算与130T／H多联产装置设计及系统运行的模拟

7.1 1MW循环流化床热电气多联产装置的模拟计算

7.2 130T／H循环流化床热电气多联产装置的设计方案

7.2.1 130T／H循环流化床热电气多联产装置的设计计算

7.2.2 多联产装置系统装置及结构布置

7.3 130T／H循环流化床热电气多联产装置的运行数学模拟

7.3.1 煤种变化对多联产系统运行的影响

7.3.2 给煤水分变化对多联产系统运行的影响

7.3.3 给煤颗粒粒径变化对多联产系统运行的影响

7.3.4 气化炉负荷调节对多联产系统影响

7.3.5 循环流化床锅炉负荷调节对多联产系统影响

7.4 本章小结

第八章全文总结及进一步工作建议

8.1 本文主要工作及主要研究结论

8.2 创新点

8.3 进一步工作建议

参考文献

附录

致谢

发布时间: 2006-11-22

参考文献

[1].循环流化床焚烧炉中生活垃圾燃烧特性研究[D]. 闫涛.清华大学2004
[2].超临界循环流化床锅炉水冷壁热负荷及水动力研究[D]. 吕俊复.清华大学2005
[3].循环流化床多联供系统试验研究[D]. 范晓旭.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2007
[4].内循环流化床气固流动数值模拟与试验研究[D]. 田凤国.上海交通大学2007
[5].无烟煤循环流化床内流动、燃烧与磨损的研究[D]. 马志刚.浙江大学2007
[6].大型循环流化床机组节能优化运行技术研究[D]. 孟磊.华北电力大学2013
[7].600MW循环流化床锅炉炉膛气固流动和受热面传热的研究[D]. 周星龙.浙江大学2012
[8].高挥发分固体燃料循环流化床内流动及热解特性[D]. 关彦军.华北电力大学(北京)2017
[9].循环流化床锅炉选择性排渣冷却系统研究[D]. 曾兵.重庆大学2012
[10].燃料在循环流化床锅炉燃烧过程中挥发分氮的迁移规律研究[D]. 吴令男.华北电力大学(北京)2017

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