【摘要】：目前煤炭主要用于直接燃燒,存在利用效率低和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題�；谘h(huán)流化床(CFB)鍋爐的多聯(lián)產(chǎn)工藝采用CFB鍋爐排出的循環(huán)灰作為熱載體對(duì)煤進(jìn)行低溫?zé)峤?獲得煤氣和焦油;熱解爐中的半焦和循環(huán)灰返回CFB鍋爐繼續(xù)燃燒發(fā)電,實(shí)現(xiàn)了熱、電、油和氣的聯(lián)合生產(chǎn)。本文就固體熱載體煤熱解工藝中的一些技術(shù)問題和基本科學(xué)規(guī)律展開研究�？疾炝瞬煌�/煤放置方式、灰煤比、灰組成、灰粒徑和升溫速率等操作參數(shù)對(duì)煤熱解揮發(fā)分二次催化的影響;開展高硫煤在熱解/燃燒雙階段實(shí)驗(yàn)研究,考察了熱解條件和外加礦物質(zhì)對(duì)產(chǎn)物中硫分布和形態(tài)的影響,對(duì)熱解半焦在燃燒過程中硫的二次釋放進(jìn)行研究;結(jié)合煤熱解動(dòng)力學(xué)研究同時(shí)充分考慮移動(dòng)床中的傳熱機(jī)制,建立了具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的循環(huán)灰熱載體煤熱解-傳熱-反應(yīng)二維數(shù)學(xué)模型;將C.Tien等人的模型應(yīng)用于小試規(guī)模的顆粒床連續(xù)除塵實(shí)驗(yàn),預(yù)測了顆粒床濾料性質(zhì)、濾料直徑、過濾料層高度和過濾氣速等對(duì)粉塵捕集效率的影響;將鎳基催化劑作為顆粒床濾料,考察了鎳基催化劑優(yōu)化的工藝條件、穩(wěn)定性、再生性以及粉塵沉積對(duì)催化劑活性的影響;對(duì)煤焦油的分級(jí)冷凝進(jìn)行了初步探索。通過對(duì)以上幾方面的研究,主要得到以下結(jié)果:1.灰煤比越大、循環(huán)灰中Fe203含量越高、循環(huán)灰粒度越小、煤階越低時(shí)煤熱解揮發(fā)分受到的二次催化作用越顯著。循環(huán)灰會(huì)增加熱解氣體產(chǎn)率,使熱解氣相產(chǎn)物中H2產(chǎn)率明顯降低、CO2和C2+增加。循環(huán)灰的增加雖然使焦油的產(chǎn)率有所降低但焦油品質(zhì)會(huì)得到改善。循環(huán)灰對(duì)煤的慢速和快速熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分具有相似的二次催化作用。循環(huán)灰能促進(jìn)焦油中碳數(shù)≥26的組分裂解,從而使≤C25的組分不斷增加。另外,循環(huán)灰不僅對(duì)瀝青中含氧、含氮、含硫鍵的裂解有積極促進(jìn)作用,還能催化烯烴聚合反應(yīng)以及提高焦油飽和度。2.遷移到氣相的硫隨熱解溫度的升高和煤粒徑的減小而增多。石英砂與煤的質(zhì)量比和升溫速率對(duì)硫的分布幾乎沒有影響。CaO在煤熱解揮發(fā)分析出過程中不僅能與氣相含硫化合物發(fā)生反應(yīng),同時(shí)對(duì)焦油中的S也能起到一定的脫除作用,Fe203在煤熱解過程中主要影響氣相S至固相S的遷移,MgO、NaOH和KOH等金屬氧化物添加劑沒有表現(xiàn)出明顯的固硫作用。CaO和Fe2O3添加劑都抑制了熱解過程中原煤硫酸鹽硫的分解和熱解固相產(chǎn)物燃燒時(shí)SO2的釋放,且CaO的抑制作用顯著強(qiáng)于Fe2O3。從熱解/燃燒分級(jí)轉(zhuǎn)化整體的角度看,在熱解階段CaO的固硫效果雖然低于Fe203,但是在燃燒階段二者的固硫產(chǎn)物CaS比FeS更傾向于生成穩(wěn)定的硫酸鹽從而被固定在灰渣中。3.移動(dòng)床固體熱載體煤熱解數(shù)學(xué)模型不僅可以預(yù)測熱解氣-循環(huán)灰-煤顆粒沿?zé)峤鉅t床層高度的溫度分布,而且可以預(yù)測總揮發(fā)分和主要揮發(fā)分產(chǎn)物的逸出。模型計(jì)算結(jié)果表明,大顆粒煤的熱解脫揮發(fā)分過程滯后于其升溫過程。減小煤顆粒和灰顆粒的粒徑以及提高灰煤比、移動(dòng)床層速度、煤顆粒的預(yù)熱溫度和循環(huán)灰的初始溫度都可以加快熱解脫揮發(fā)分過程。煤熱解揮發(fā)分的析出主要集中于床層高度0.08～0.24m,工業(yè)循環(huán)灰熱載體移動(dòng)床反應(yīng)器中停留時(shí)間設(shè)計(jì)為3～4min是合理的。結(jié)合不同煤樣的動(dòng)力學(xué)研究,該模型能夠?qū)Σ煌悍N熱解脫揮發(fā)分行為的預(yù)測。由于煙煤具有較大熱解活化能,其脫揮發(fā)分所需的理論床層高度高于褐煤。4.粒徑為0～20μm的粉塵很難被顆粒床捕捉。從整個(gè)多聯(lián)產(chǎn)過程來看,半焦作為顆粒床濾料由除塵器排出后可直接加入循環(huán)流化床燃燒爐作為鍋爐燃料,省去了濾料的再生過程。由于焦油吸附的粉塵易于粘附在濾料介質(zhì)表面,過濾效率的預(yù)測值略低于實(shí)驗(yàn)值,C.Tien的初始過濾效率模型預(yù)測結(jié)果可以作為濾料介質(zhì)種類和顆粒床設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇依據(jù)。添加助劑Ce/Zr的鎳基催化劑作為顆粒床除塵介質(zhì)時(shí),催化劑的活性、穩(wěn)定性和再生性能得到顯著改善。模擬真實(shí)煤熱解揮發(fā)分含塵環(huán)境時(shí),無論是粉塵中的惰性組分還是活性金屬氧化物,其沉積時(shí)均會(huì)覆蓋催化劑表面的部分活性中心。引入粉塵后,催化劑表面的C/A1的比值遞減順序?yàn)镾i02BlankMgOFe203,這與氣體產(chǎn)物產(chǎn)率順序一致。5.煤熱解揮發(fā)分的冷凝是一個(gè)非常復(fù)雜的物理相變過程,與冷凝溫度和揮發(fā)分組成密切相關(guān)。當(dāng)揮發(fā)分出口溫度大于某一餾分的露點(diǎn)時(shí),該餾分仍有可能冷凝。煤焦油的分級(jí)冷凝時(shí),焦油中瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)90.99wt%。輕油最高含量可達(dá)82.21wt%。隨著各級(jí)揮發(fā)分出口溫度的降低,第1級(jí)焦油中富集的輕油、酚油、萘油逐漸增多,瀝青逐漸減少。酚油和萘油逐漸向第2級(jí)富集,第4級(jí)冷凝器中的輕油含量顯著得到改善。第1、2、3、4級(jí)揮發(fā)分出口溫度分別為360℃、230℃、170℃、0℃時(shí),其相對(duì)含量最高的組分分別為蒽、3,5-二甲基苯酚、萘和甲苯。隨著冷凝器溫度的逐級(jí)降低,單環(huán)芳烴的相對(duì)含量由8.05wt%顯著增加至54.00wt%,多環(huán)芳烴的相對(duì)含量由52.41wt%減少至15.22wt%。
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ530.2
【圖文】：

期望獲得大量中值煤氣、電能及蒸汽。逡逑１．２．３邋ＣＦＢ燃燒／煤熱解耦合多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研究現(xiàn)狀逡逑如圖１．１所示，ＣＦＢ燃燒／煤熱解耦合多聯(lián)產(chǎn)Ｉ：藝屮，ＣＦＢ鍋爐存在大景高溫逡逑熱灰（８５０？９５０°Ｃ），將這部分熱的循環(huán)灰作為Ｎ體熱載體對(duì)煤熱解提供熱量，煤逡逑熱解析出煤氣和焦油，熱解半焦與循環(huán)熱灰㈣T被送入ＣＦＢ鍋爐燃燒室繼續(xù)燃燒逡逑發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了熱、電、油、氣的多聯(lián)產(chǎn)［２８１。ＣＦＢ燃燒／煤熱解耦合多聯(lián)產(chǎn)工藝克服逡逑了傳統(tǒng)固體熱載體煤熱解工藝的熱效率低和半焦利用價(jià)值低等缺點(diǎn)。逡逑５逡逑

將５種煙煤和褐煤分別開展了實(shí)驗(yàn)。此后，濟(jì)南鍋爐廠又聯(lián)合其他單位（北逡逑京水利電力經(jīng)濟(jì)研究所等）于１９９５年在吉林省遼源市合作搭建了千餾煤處理量逡逑６．５ｔ／ｈ邋（占鍋爐總耗煤量的８０％）的三聯(lián)產(chǎn)裝置（如圖１．２所示），并進(jìn)行了工業(yè)逡逑性試驗(yàn)［３（）］。試驗(yàn)結(jié)果表明，熱解煤氣質(zhì)量較好，熱值？１６ＭＪ／Ｎｍ３，其中ＣＯ含量低逡逑于１０％。２０世紀(jì)９０年代末，濟(jì)南鍋爐廠又設(shè)計(jì)并完成了煤處理量７５ｔ／ｈ的三聯(lián)產(chǎn)逡逑裝置。其中，熱灰的循環(huán)采用雙回路，一路引入熱解爐作為固體熱載體對(duì)煤供熱，逡逑另一路則直接返回ＣＦＢ鍋爐。此設(shè)計(jì)的作用是當(dāng)熱解系統(tǒng)停止工作時(shí)鍋爐可正常逡逑運(yùn)行，而且可對(duì)進(jìn)入熱解爐的循環(huán)熱灰量實(shí)施調(diào)節(jié)，以保證熱解原煤時(shí)的熱量平逡逑衡。由于該工藝中熱解半焦需要經(jīng)過絞龍向上輸送回ＣＦＢ燃燒室內(nèi)

一次鼓風(fēng)＿逡逑邐？逡逑圖１．３循環(huán)流態(tài)化碳?xì)涔腆w燃料的四聯(lián)產(chǎn)工藝流程示意圖逡逑１－煤斗；２－混合器；３－固體進(jìn)料閥；４－下行管；５－快速氣－固分離器；６－快速冷凝器；７－回料閥；逡逑８－快速流化床燃燒器；９－旋風(fēng)分離器；１０－灰斗；１１－泵逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ＣＦＢ邋ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ邋ｆｏｕｒ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ逡逑１－Ｃｏａｌ邋ｆｅｅｄｅｒ；邋２－Ｍｉｘｅｒ；邋３－Ｓｏｌｉｄ邋ｖａｌｖｅ；邋４－Ｄｏ＼ｖｎｃｏｍｃｒ；邋５－Ｒａｐｉｄ邋ｇａｓ－ｓｏｌｉｄ邋ｓｅｐａｒａｔｏｒ；邋６－Ｒａｐｉｄ逡逑ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ；邋７－Ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ邋ｖａｌｖｅ；邋８－Ｆａｓｔ邋ｔｌｕｉｄｉｚｅｄ邋ｂｕｒｎｅｒ；邋９－Ｃｙｃｌｏ

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本文編號(hào)：2795198