第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月循環(huán)流化床部分煤氣化試驗(yàn)研究黃亞繼，金保升,仲兆平,周宏倉,孔火良(東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電和燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096 )摘要:以空氣和水蒸氣為氣化劑,在小型循環(huán)流化床上對3種不同煤種進(jìn)行了部分煤氣化試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,氣化過程產(chǎn)生的焦油很少,隨著空煤比的增加,煤氣中氫、-氧化碳、甲烷的含量呈減少趨勢;汽煤比的增加能加大煤氣中氫、-氧化碳的含量;氣化溫度是影響煤氣成分的主要因素,床層高度和煤種對煤氣成分也有影響,鈣、鈉、鉀等堿土金屬化合物對煤氣化具有催化作用。關(guān)鍵詞:部分煤氣化;循環(huán)流化床;試驗(yàn)研究.中圖分類號: TQ546文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B文章編號:0253 -2336 ( 2003) 12 -0020-03Experiment and research on partial coal gasification in circulated fluidized bedHUANG Ya-ji ,JIN Bao-sheng , ZHONG Zhao-ping , ZHOU Hong- cang , KONG Huo-liang( Key Lab , Ministry of Education , Clean Coal Powver Generation and Combustion Technology , South - East University , Nanjing 210096 , China )流化床氣化爐作為一種新一代氣化爐 ,由于具膛。來自風(fēng)機(jī)的空氣經(jīng)過油燃燒室內(nèi)部的空氣加熱有傳熱、傳質(zhì)效率高,床層溫度均勻,煤種適應(yīng)性器預(yù)熱到450C后，與從蒸汽過熱器過來的260C強(qiáng),煤粒在很短時間內(nèi)便完成干燥、升溫、反應(yīng)過的蒸汽混合,經(jīng)布風(fēng)板進(jìn)入爐膛。電熱鍋爐出來的程,顆粒的大量循環(huán)使顆粒在床內(nèi)總停留時間提高0.6MPa飽和水蒸氣經(jīng)減壓閥降壓后,進(jìn)入蒸汽過.等，從而使得其在煤氣化工藝上的應(yīng)用越來越引起熱器進(jìn)-步升溫。蒸汽旁路設(shè)計以及電熱鍋爐和蒸人們的重視。段鈺鋒等人在一臺噴 動流化床上研究汽過熱器加熱功率的可調(diào)性能保證所需加入的蒸汽了氣化溫度和煤氣組分隨給煤量、流化風(fēng)量、水蒸量。由油燃燒室出來的1 100C 的燃油煙氣,在爐氣的變化規(guī)律。胡平放在一臺內(nèi)徑為500 mm的膛本體夾套導(dǎo)流板的作用下加熱本體,通過調(diào)節(jié)燃中試煤氣化裝置上研究了爐溫、給煤量、空氣預(yù)熱油風(fēng)量和燃油量改變預(yù)熱空氣溫度、本體夾套煙氣溫度等對煤氣熱值的影響(21。彭萬旺研究了加壓加熱溫度和夾套加熱煙氣量。本體夾套出來的燃油流化床粉煤氣化工藝特性53]。但這些研究并沒有煙氣經(jīng)過旋風(fēng)夾套和回料管夾套后排出室外。攜帶嚴(yán)格做到單- -因素對煤氣的影響,其結(jié)論往往是溫細(xì)粉飛灰的煤 氣離開氣化爐頂部出口,進(jìn)入- 級、度與其它因素的綜合作用結(jié)果。本試驗(yàn)在內(nèi)徑為二級旋風(fēng)除塵器,其中-級旋風(fēng)除塵器收集下來的100 mm小型循環(huán)流化床氣化裝置上,研究了單一飛灰從回料管經(jīng)L閥回料控制器返回氣化爐進(jìn)-因素對氣化的影響,目的在于得出循環(huán)流化床部分步參加反應(yīng)，二級旋風(fēng)除塵器收集下來的飛灰經(jīng)控煤氣化規(guī)律,為進(jìn)-步研究類似于IGCC的部分煤制閥門直接排出。L閥回料控制器的松動氣流采用氣化提供理論基礎(chǔ)。浮子流量計,載氣為氮?dú)狻６壭L(fēng)除塵器出來的煤氣經(jīng)除焦裝置降溫除焦后,進(jìn)入布袋除塵器,最1試驗(yàn)裝置終由引風(fēng)機(jī)通過煤氣燃燒裝置燃燼后排到室外。煤氣化爐本體內(nèi)徑100 mm ,布風(fēng)板至爐膛出口氣取樣口位于布袋除塵器出口。有效高度4.3 m。床料采用粒徑小于0.6 mm的石試哈田甘和莊*英砂,粒徑小于1mm的煤由螺旋給料器投入爐中國煤化工HY HCNMH其:徐州優(yōu)質(zhì)煙煤、徐基金項目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目子課題( G19990221053 );州劣質(zhì)煙煤和陽泉無煙煤,平均粒徑為0. 548 mm。教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才基金資助項目( K980026 ) ;教育部骨干教師基工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)見表1。所使用的惰性床金江蘇”青藍(lán)工程”基金( JS9802 )料是寬篩分的石英砂, 平均粒徑為0.362 mm。20第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月表1煤的基本特性工業(yè)分析/%元素分析/%發(fā)熱量/kJ. kg-'煤樣V。A。FCCadHuNaO高位低位徐州優(yōu)質(zhì)煙煤2.7230.572.6254. 0970. 404. 540. 631. 247. 8528. 91.27. 91徐州劣質(zhì)煙煤4. 4225. 2422.90 47. 44 .60. 363.720.440.927. 2424. 2723. 40陽泉無煙煤3. 677. 9720. 8567.5168. 222. 640.932. 7726. 2425. 6產(chǎn)氣率和燃燒溫度也隨之增加,二氧化碳還原反3試驗(yàn)結(jié)果分析應(yīng)、水分解反應(yīng)和焦油的二次裂解得以加強(qiáng),增加3.1床料流化特性了煤氣中一氧化碳和氫的含量,提高了煤氣熱值和床料冷態(tài)流化特性如圖1所示,當(dāng)氣流流速達(dá)碳轉(zhuǎn)化率;②空煤比越大,參加燃燒的份額也越到約0.28 m/s時,再繼續(xù)增大流速,料層壓差幾大,煤氣中無效成分二氧化碳也越大。氣流速度增乎保持不變,此時即可認(rèn)為床內(nèi)物料處于起始流化加時,氣體、固體在流化床內(nèi)的停留時間減少,氣狀態(tài),冷態(tài)臨界流化速度約為0.28m/s。化效率和碳轉(zhuǎn)化率會相應(yīng)降低。在氣化爐氣化強(qiáng)度5p一定的情況下 ,氣化煤量的增加會造成氣化深度不夠，從而影響碳轉(zhuǎn)化率。所以,為了獲得有效的氣化效果,必須選擇合適的空煤比,要均衡兼顧煤氣熱值和產(chǎn)氣率。在試驗(yàn)中,煤氣熱值較低是由于采實(shí)2-用空氣氣化時大量的氮?dú)庀♂屃丝扇細(xì)怏w和常壓循環(huán)流化床料溫度不夠高的緣故。煤氣熱值和產(chǎn)氣率00.20.4~0.6與先前的研究結(jié)果相近13。表觀流化速度/m.s-13.3氣煤比對煤 氣成分的影響圖1床料冷 態(tài)流化特性曲線試驗(yàn)時,料層靜止高度400 mm,床料溫度940 ~945C , 空氣量7. 89 m'/h。加入適量的水蒸3.2 空煤比對煤氣成分的影響試驗(yàn)時，料層靜止高度400 mm,床料溫度氣能增加煤氣中氫、-氧化碳、甲烷的含量(圖3)。 水蒸氣分解時,其中的氧原子與碳反應(yīng)生成940~945C , 蒸汽加入量1.9 kg/h。在床料溫度不一氧化碳，替代了部分氧,從而降低了氧消耗量。變的情況下,隨著空煤比的增加,煤參加燃燒的份但實(shí)際工業(yè)化運(yùn)行中當(dāng)加入水蒸氣過多時,會降低額增加,如圖2所示。具體表現(xiàn)在氫氣和一氧化碳爐溫,從而阻礙二氧化碳還原和水蒸氣分解反應(yīng),的含量呈減少的趨勢,甲烷的含量也略微減少。在影響氣化過程。實(shí)際工業(yè)化運(yùn)行中必須考慮空煤比對氣化溫度的影3.4床層溫度對煤氣成分的影響響,因?yàn)楣I(yè)化運(yùn)行的氣化爐,其氣化溫度實(shí)際上試驗(yàn)時,料層靜止高度400 mm,氣煤比是由空氣和水蒸氣的加入量決定的?？彰罕葘饣?.51 ,空煤比2.2。 在空煤比和氣煤比不變的情況過程存在2方面的影響:①隨著空煤比的增加,1672O2t 64CO68遲H2-8- H2|64co8N2中國煤化工z°50 z{6, CH2MHCNMHG出562.02.53. 03.5出9.3o.0.50.空煤比/m3. kg-+氣煤比/m3. kg-圖2空煤比對煤 氣體成分的影響圖3氣煤比對煤 氣成分的影響21第31卷第12期煤炭科學(xué)技術(shù)2003年12月下,通過改變?nèi)加土亢腿加惋L(fēng)量得出不同床層溫度3.6氣化副產(chǎn) 品焦油下的煤氣成分(見圖4 )。從除焦裝置收集下來的溶液,大部分是懸浮有飛灰的冷凝水,焦油含量很少。主要原因是進(jìn)入密-n68CO2~相區(qū)的燃料迅速分布于熾熱顆粒之間,突然受到均t 66co、H2|64遲勻加熱，干燥和干餾過程即在瞬間完成,使揮發(fā)分|62洲分解完全,從而產(chǎn)生的焦油很少。s8