半焦孔隙結(jié)構(gòu)和加壓燃燒特性的試驗(yàn)研究.pdf

1、不斷發(fā)展的第二代增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電技術(shù)是潔凈煤技術(shù)(CCT)在理念上的更新和完善，是潔凈煤技術(shù)發(fā)展的新階段。實(shí)施煤熱解、氣化、燃燒的分級(jí)轉(zhuǎn)化和綜合利用，就是根據(jù)煤不同形態(tài)的特點(diǎn)，采用優(yōu)化和集成的概念，達(dá)到既能使用常規(guī)的技術(shù)脫除煤利用過程中的污染物，又能實(shí)現(xiàn)其高效轉(zhuǎn)化和清潔利用的目的。半焦加壓燃燒是第二代PFBC-CC技術(shù)的重要組成部分。因此本課題直接選用了常壓工業(yè)流化床和中試規(guī)模增壓噴動(dòng)流化床氣化爐半焦，對(duì)原煤

2、和半焦進(jìn)行了孔隙結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)的測定和分析，對(duì)半焦的加壓燃燒特性進(jìn)行了系統(tǒng)地試驗(yàn)研究，并在中試規(guī)模熱輸入1MWt增壓流化床燃燒室內(nèi)進(jìn)行了半焦燃燒的驗(yàn)證試驗(yàn)。 用氮?dú)獾葴匚?77K)法測量了原煤和加壓、常壓部分氣化后半焦的BET比表面積，并通過BJH法計(jì)算了孔比表面積、比孔容、孔徑和孔分布。結(jié)果表明，原煤在轉(zhuǎn)化為半焦的過程中，孔隙結(jié)構(gòu)變得發(fā)達(dá)，比表面積、孔比表面積和孔容積明顯增大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)半焦的孔比表面積和孔容積分布曲線存在兩個(gè)

3、明顯的峰值，第一個(gè)尖峰對(duì)應(yīng)的孔徑稍小于2nm，表明微孔的比表面積大大增加；第二個(gè)尖峰對(duì)應(yīng)的孔徑在3.8nm左右，說明中孔的比表面積增加很快以至于出現(xiàn)了中孔的擴(kuò)展。加壓氣化后的半焦孔隙結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)，加壓氣化比常壓氣化更能促進(jìn)半焦孔隙的生成和發(fā)展。 從氣化條件、半焦顆粒粒徑、半焦工業(yè)分析成分三方面定性分析了影響半焦孔隙結(jié)構(gòu)的因素。常壓噴動(dòng)流化床氣化中，揮發(fā)分析出和熱解反應(yīng)對(duì)半焦孔隙的發(fā)展和生成起到主導(dǎo)作用；加壓氣化過程中，碳的氣化反

4、應(yīng)對(duì)半焦孔隙的生成和發(fā)展有明顯的促進(jìn)作用。在一定的氣化工況下，煤焦可能存在一個(gè)合適的顆粒尺寸范圍，使得揮發(fā)分的析出比較徹底，煤焦氣化反應(yīng)進(jìn)行得比較充分，半焦顆粒的比表面積、孔比表面積和孔容積都能得到充分的發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)常壓氣化該合適的粒徑范圍是1mm～1.5mm，對(duì)加壓氣化為0.5mm～1mm。利用掃描電鏡，得到了不同粒徑原煤和半焦樣品的表觀結(jié)構(gòu)圖像，進(jìn)一步證實(shí)了加壓半焦比常壓半焦有更為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。 在小型加壓試驗(yàn)臺(tái)上，

5、分別對(duì)原煤和兩種半焦進(jìn)行了系統(tǒng)的燃燒特性試驗(yàn)研究；在大型增壓流化床燃燒試驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行了半焦加壓燃燒的驗(yàn)證試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：系統(tǒng)壓力對(duì)煤和半焦的燃燒有不同的影響。隨系統(tǒng)壓力的增加，爐膛溫度逐漸升高，燃燒效率也相應(yīng)增大；在壓力接近于0.5MPa左右時(shí)，壓力增加，煤的燃燒效率增加減緩，但半焦的燃燒效率仍然增加顯著。這一結(jié)果對(duì)第二代PFBC燃燒室內(nèi)半焦的燃燒有指導(dǎo)意義。在較低的系統(tǒng)壓力下，過量空氣系數(shù)對(duì)半焦燃燒效率有較大的影響；在較高的系統(tǒng)壓

6、力下，壓力對(duì)燃燒的影響占主導(dǎo)因素，過量空氣系數(shù)的合適范圍以不超過1.5為宜。壓力下，初始靜止床層高度對(duì)半焦的燃燒效率有較大影響。對(duì)噴動(dòng)流化床，隨靜止床高的增加，燃燒效率呈先增大后減小的趨勢，對(duì)一定的試驗(yàn)裝置，存在一個(gè)合適的靜止床層高度的范圍。本文實(shí)驗(yàn)條件下，靜止床層高度在280～320mm之間比較合適。床層溫度受燃料給料量、過量空氣系數(shù)、爐膛壓力、靜止床層高度、空氣預(yù)熱溫度等工況參數(shù)的綜合影響，進(jìn)而影響半焦的燃燒效率。床層溫度提高時(shí)，燃