循环流化床部分煤气化试验研究

第31卷第12期煤炭科学技术2003年12月循环流化床部分煤气化试验研究黄亚继，金保升,仲兆平,周宏仓,孔火良(东南大学洁净煤发电和燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096 )摘要:以空气和水蒸气为气化剂,在小型循环流化床上对3种不同煤种进行了部分煤气化试验研究。结果表明,气化过程产生的焦油很少,随着空煤比的增加,煤气中氢、-氧化碳、甲烷的含量呈减少趋势;汽煤比的增加能加大煤气中氢、-氧化碳的含量;气化温度是影响煤气成分的主要因素,床层高度和煤种对煤气成分也有影响,钙、钠、钾等碱土金属化合物对煤气化具有催化作用。关键词:部分煤气化;循环流化床;试验研究.中图分类号: TQ546文献标识码: B文章编号: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 )流化床气化炉作为一种新一代气化炉 ,由于具膛。来自风机的空气经过油燃烧室内部的空气加热有传热、传质效率高,床层温度均匀,煤种适应性器预热到450C后，与从蒸汽过热器过来的260C强,煤粒在很短时间内便完成干燥、升温、反应过的蒸汽混合,经布风板进入炉膛。电热锅炉出来的程,颗粒的大量循环使颗粒在床内总停留时间提高0.6MPa饱和水蒸气经减压阀降压后,进入蒸汽过.等，从而使得其在煤气化工艺上的应用越来越引起热器进-步升温。蒸汽旁路设计以及电热锅炉和蒸人们的重视。段钰锋等人在一台喷 动流化床上研究汽过热器加热功率的可调性能保证所需加入的蒸汽了气化温度和煤气组分随给煤量、流化风量、水蒸量。由油燃烧室出来的1 100C 的燃油烟气,在炉气的变化规律。胡平放在一台内径为500 mm的膛本体夹套导流板的作用下加热本体,通过调节燃中试煤气化装置上研究了炉温、给煤量、空气预热油风量和燃油量改变预热空气温度、本体夹套烟气温度等对煤气热值的影响(21。彭万旺研究了加压加热温度和夹套加热烟气量。本体夹套出来的燃油流化床粉煤气化工艺特性53]。但这些研究并没有烟气经过旋风夹套和回料管夹套后排出室外。携带严格做到单- -因素对煤气的影响,其结论往往是温细粉飞灰的煤 气离开气化炉顶部出口,进入- 级、度与其它因素的综合作用结果。本试验在内径为二级旋风除尘器,其中-级旋风除尘器收集下来的100 mm小型循环流化床气化装置上,研究了单一飞灰从回料管经L阀回料控制器返回气化炉进-因素对气化的影响,目的在于得出循环流化床部分步参加反应，二级旋风除尘器收集下来的飞灰经控煤气化规律,为进-步研究类似于IGCC的部分煤制阀门直接排出。L阀回料控制器的松动气流采用气化提供理论基础。浮子流量计,载气为氮气。二级旋风除尘器出来的煤气经除焦装置降温除焦后,进入布袋除尘器,最1试验装置终由引风机通过煤气燃烧装置燃烬后排到室外。煤气化炉本体内径100 mm ,布风板至炉膛出口气取样口位于布袋除尘器出口。有效高度4.3 m。床料采用粒径小于0.6 mm的石试哈田甘和庄*英砂,粒径小于1mm的煤由螺旋给料器投入炉中国煤化工HY HCNMH其:徐州优质烟煤、徐基金项目:国家重点基础研究发展规划项目子课题( G19990221053 );州劣质烟煤和阳泉无烟煤,平均粒径为0. 548 mm。教育部跨世纪优秀人才基金资助项目( K980026 ) ;教育部骨干教师基工业分析和元素分析数据见表1。所使用的惰性床金江苏”青蓝工程”基金( JS9802 )料是宽筛分的石英砂, 平均粒径为0.362 mm。20第31卷第12期煤炭科学技术2003年12月表1煤的基本特性工业分析/%元素分析/%发热量/kJ. kg-'煤样V。A。FCCadHuNaO高位低位徐州优质烟煤2.7230.572.6254. 0970. 404. 540. 631. 247. 8528. 91.27. 91徐州劣质烟煤4. 4225. 2422.90 47. 44 .60. 363.720.440.927. 2424. 2723. 40阳泉无烟煤3. 677. 9720. 8567.5168. 222. 640.932. 7726. 2425. 6产气率和燃烧温度也随之增加,二氧化碳还原反3试验结果分析应、水分解反应和焦油的二次裂解得以加强,增加3.1床料流化特性了煤气中一氧化碳和氢的含量,提高了煤气热值和床料冷态流化特性如图1所示,当气流流速达碳转化率;②空煤比越大,参加燃烧的份额也越到约0.28 m/s时,再继续增大流速,料层压差几大,煤气中无效成分二氧化碳也越大。气流速度增乎保持不变,此时即可认为床内物料处于起始流化加时,气体、固体在流化床内的停留时间减少,气状态,冷态临界流化速度约为0.28m/s。化效率和碳转化率会相应降低。在气化炉气化强度5p一定的情况下 ,气化煤量的增加会造成气化深度不够，从而影响碳转化率。所以,为了获得有效的气化效果,必须选择合适的空煤比,要均衡兼顾煤气热值和产气率。在试验中,煤气热值较低是由于采实2-用空气气化时大量的氮气稀释了可燃气体和常压循环流化床料温度不够高的缘故。煤气热值和产气率00.20.4~0.6与先前的研究结果相近13。表观流化速度/m.s-13.3气煤比对煤 气成分的影响图1床料冷 态流化特性曲线试验时,料层静止高度400 mm,床料温度940 ~945C , 空气量7. 89 m'/h。加入适量的水蒸3.2 空煤比对煤气成分的影响试验时，料层静止高度400 mm,床料温度气能增加煤气中氢、-氧化碳、甲烷的含量(图3)。 水蒸气分解时,其中的氧原子与碳反应生成940~945C , 蒸汽加入量1.9 kg/h。在床料温度不一氧化碳，替代了部分氧,从而降低了氧消耗量。变的情况下,随着空煤比的增加,煤参加燃烧的份但实际工业化运行中当加入水蒸气过多时,会降低额增加,如图2所示。具体表现在氢气和一氧化碳炉温,从而阻碍二氧化碳还原和水蒸气分解反应,的含量呈减少的趋势,甲烷的含量也略微减少。在影响气化过程。实际工业化运行中必须考虑空煤比对气化温度的影3.4床层温度对煤气成分的影响响,因为工业化运行的气化炉,其气化温度实际上试验时,料层静止高度400 mm,气煤比是由空气和水蒸气的加入量决定的。空煤比对气化0.51 ,空煤比2.2。 在空煤比和气煤比不变的情况过程存在2方面的影响:①随着空煤比的增加,1672O2t 64CO68迟H2-8- H2|64co8N2中国煤化工z°50 z{6, CH2MHCNMHG出562.02.53. 03.5出9.3o.0.50.空煤比/m3. kg-+气煤比/m3. kg-图2空煤比对煤 气体成分的影响图3气煤比对煤 气成分的影响21第31卷第12期煤炭科学技术2003年12月下,通过改变燃油量和燃油风量得出不同床层温度3.6气化副产 品焦油下的煤气成分(见图4 )。从除焦装置收集下来的溶液,大部分是悬浮有飞灰的冷凝水,焦油含量很少。主要原因是进入密-n68CO2~相区的燃料迅速分布于炽热颗粒之间,突然受到均t 66co、H2|64迟匀加热，干燥和干馏过程即在瞬间完成,使挥发分|62洲分解完全,从而产生的焦油很少。s8