【摘要】：煤炭熱力學(xué)高效和化學(xué)高價(jià)值利用(TCCUC)工藝是以煤低溫焦化為基礎(chǔ)的熱電化多聯(lián)產(chǎn)工藝,包括煤炭拔頭技術(shù)-半焦富氧直燃制備燃?xì)廨啓C(jī)高溫工質(zhì)系統(tǒng)-燃?xì)獍l(fā)電-蒸汽發(fā)電系統(tǒng)-CO2捕集技術(shù)-干餾拔頭產(chǎn)物提質(zhì)處理技術(shù)六個(gè)模塊。該工藝通過對煤中大分子碳?xì)浠衔镞M(jìn)行適當(dāng)熱解和對熱解產(chǎn)物焦油加氫處理得到碳?xì)湟后w燃料,實(shí)現(xiàn)煤炭的化學(xué)高價(jià)值利用;通過高溫過濾、半焦直燃、燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)相結(jié)合等方法,實(shí)現(xiàn)對煤炭燃燒過程中高位熱能的充分利用,進(jìn)一步提高熱-電聯(lián)產(chǎn)效率。本文以新型煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)TCCUC為研究對象,通過對TCCUC工藝的深入分析,查閱國內(nèi)外文獻(xiàn),篩選了適合的工藝流程及設(shè)備,對熱解拔頭模塊、半焦富氧直燃模塊和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)模塊進(jìn)行了集成流程化,對各模塊的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了整合匹配。本文建立了煤氣化模型、半焦富氧燃燒模型、半焦兩段燃燒模型、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)模型、多壓蒸汽輪機(jī)循環(huán)模型,運(yùn)用Aspen Plus軟件搭建了模擬計(jì)算平臺(tái),并對各個(gè)模型的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)到52.06%,高于超超臨界和IGCC的循環(huán)效率,比天然氣的聯(lián)合循環(huán)效率略低,因此TCCUC工藝更符合我國以煤為主的一次能源消耗國情。半焦富氧直燃產(chǎn)物的高溫除塵是TCCUC工藝的重要過程,其中最關(guān)鍵的是高溫材料。本論文組建了材料的高溫耐用性能測試平臺(tái),篩選了碳纖維和不銹鋼纖維耐高溫過濾材料。研究發(fā)現(xiàn)碳纖維在400℃高溫氧化氛圍下會(huì)嚴(yán)重失重,過濾性能下降;在微氧的氛圍下,不超過400℃時(shí)會(huì)少量失重,過濾性能穩(wěn)定。利用SiO2對碳纖維進(jìn)行涂層改性可改善其耐高溫性能,改性液中PDMS的最佳含量為10%wt,改性后材料在400℃空氣氛圍下氧化20h后,失重率為3.71%,可以滿足400℃下除塵工藝要求;將不銹鋼纖維在500~700℃下、有氧氛圍下煅燒120,測試表明材料重量無變化,相對透氣系數(shù)和孔徑輕微變化,過濾性能較穩(wěn)定,可作為高溫濾材,具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ536
【圖文】：

產(chǎn)流程可共用大量公用設(shè)施，減少基本建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，而且聯(lián)產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品、電力等可以有效地降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)煤炭利用過程的經(jīng)濟(jì)效益最大化。除了以上的特點(diǎn)外，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在污染物處理和環(huán)保方面也有獨(dú)特的優(yōu)勢。通過對合成氣的集中凈化處理，使得尾氣中的二氧化硫、氮氧化物、粉塵等污染物的含量大大降低，也使得溫室氣體二氧化碳的排放量大為下降。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 國外聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1998 年美國為了降低利用化石能源而帶來的環(huán)境問題，提出了“Vision21”多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)[4]，如圖 1-1 所示，該系統(tǒng)將多種先進(jìn)的煤炭清潔高效利用技術(shù)優(yōu)化集成，以期實(shí)現(xiàn)零排放。該系統(tǒng)以煤氣化為基礎(chǔ)，SO2、NOx、顆粒物、微量元素、有機(jī)物等可以以經(jīng)濟(jì)的方式較完全的去除，粗煤氣經(jīng)變換重整和分離制氫技術(shù)將 H2和 CO2分離出來，H2先通過燃料電池預(yù)熱發(fā)電，再進(jìn)行燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，總發(fā)電效率可達(dá)60%，CO2通過捕集回收可制取工業(yè)品或埋藏。

圖 1-2 Shell Syngas Park（合成氣園）系統(tǒng)2004 年，歐盟開始執(zhí)行 HYPOGEN 項(xiàng)目，該項(xiàng)目以煤氣化為基礎(chǔ)，生產(chǎn)電，同時(shí)利用 CO2分離和處理技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)電站的的近零排放[6-7]。德國提出ORETEC (CO2Reduction Technologies for fossil—fired Power plants)計(jì)劃[8]，該重點(diǎn)是提高電站的熱電效率和 CO2的捕集和固化技術(shù)，在該計(jì)劃的支持下，德E 公司建立了一個(gè)擁有 CO2捕集與封存技術(shù)的 450WM 的 IGCC 示范電站，計(jì)可捕集 260 萬噸 CO2。2.2 國內(nèi)多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀上個(gè)世紀(jì) 90 年代初期，上海吳涇化工廠也提出了三聯(lián)供[10]，實(shí)現(xiàn)了城市用酸的多聯(lián)產(chǎn)，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，未能實(shí)現(xiàn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。原國家科委和美國能源部組織的中美 IGCC 專家報(bào)告中明確提出與聯(lián)產(chǎn)結(jié)合發(fā)CC 的思路[11]。隨后十幾年，在國家的優(yōu)惠政策和大力支持鼓勵(lì)下，中國科學(xué)熱物理研究所、華東理工大學(xué)以及兗礦集團(tuán)等科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，對以 IGCC 為的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了積極研究探索，在完成了一些關(guān)鍵技術(shù)的示范和創(chuàng)新的基

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