【摘要】：深入研究了先進(jìn)燃煤聯(lián)合循環(huán)高溫煤氣(煙氣)陶瓷過濾元件的過濾機(jī)理、過濾流動(dòng)及過濾特性,為今后合理地設(shè)計(jì)及優(yōu)化陶瓷過濾元件結(jié)構(gòu)、解決工程實(shí)際難題提供可靠的理論依據(jù)。 通過對(duì)影響陶瓷過濾元件過濾性能的幾種重要機(jī)制以及重要影響因素的研究,提出了過濾元件“實(shí)際分級(jí)最小厚度”概念,為今后陶瓷過濾元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的理論依據(jù)。 深入分析了主要流動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于陶瓷過濾器過濾效率和壓力降等特性的影響。結(jié)果表明,直徑為20 μm 左右的陶瓷顆粒組成的陶瓷過濾介質(zhì),對(duì)于含塵氣體中直徑為5 μm 的灰塵顆粒具有很高的分級(jí)過濾效率,而且壓降較小,對(duì)應(yīng)的實(shí)際分級(jí)最小厚度為幾百微米左右,適合于IGCC 的高溫陶瓷過濾元件采用。 為了減小或消除陶瓷過濾元件之間的粉塵“架橋”現(xiàn)象,首次提出非均勻孔隙率陶瓷過濾元件的概念,推導(dǎo)出孔隙率、孔隙流速以及陶瓷過濾元件內(nèi)外壓降等參數(shù)沿軸向分布函數(shù)的表達(dá)式,對(duì)其可用性作了論證。 進(jìn)一步完善和改進(jìn)了陶瓷過濾器試驗(yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。對(duì)新研制的微細(xì)微量固體顆粒螺旋加料器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于20μm 左右的神木煤粉,流量可以準(zhǔn)確控制在0.1 g /min 到5g /min 之間。對(duì)于顆粒平均直徑為10 μm 左右的石英沙,流量可以準(zhǔn)確控制在0.3 g/min到16g /min 之間。 試驗(yàn)表明,陶瓷過濾元件沿軸向的不同位置,壓降和孔隙流速有較大的差別;壓降與流量關(guān)系曲線的非線性區(qū)將導(dǎo)致流動(dòng)損失的增加。因而采用非均勻孔隙率的陶瓷過濾元件或錐狀截面的陶瓷過濾元件是合適的。 陶瓷過濾元件沿軸向各部位脈沖壓力峰值隨著噴射壓力的增大而增大。多數(shù)情況下,動(dòng)態(tài)壓力曲線呈現(xiàn)“W”型。在不同的噴吹壓力和脈沖寬度下,“W”型曲線可能退化為“N”型曲線或“L”型曲線。給出了為保證反吹系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)以及降低能耗應(yīng)該采取的措施。
【學(xué)位授予單位】：西安交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號(hào)】：X701.2
【圖文】：

%[8]。我國(guó)陸續(xù)引進(jìn)多臺(tái)300MW、500MW、600MW、800MW超臨界機(jī)組。同時(shí)，“600MW火電超臨界機(jī)組的研制”被科技部列為“十五”863國(guó)家重大技術(shù)裝備研制和國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目[7]。除了發(fā)展超臨界機(jī)組外，在煤的高效、清潔燃燒技術(shù)方面，各種燃煤的蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)的發(fā)展最令人矚目。它不僅大幅度地提高燃煤電廠的熱效率，而且使污染得到良好的控制，是一種高效聯(lián)合循環(huán)和潔凈燃燒相結(jié)合的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)。國(guó)際上發(fā)展的先進(jìn)燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)主要包括：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)、增壓流化床燃燒(PFBC)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)(IGFC-CC)發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化濕空氣透平(IGHAT)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、部分煤氣化聯(lián)合循環(huán)(ABGC)發(fā)電技術(shù)、多聯(lián)產(chǎn)與綜合利用的IGCC系統(tǒng)等。目前，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC) 發(fā)電技術(shù)已經(jīng)走過了商業(yè)化示范階段，正在走向商業(yè)化應(yīng)用階段[9-10]。增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù)在20世紀(jì)60年代末在英國(guó)開創(chuàng)，后經(jīng)多個(gè)國(guó)家(英國(guó)、瑞典、美國(guó)、德國(guó)、日本等)的研究開發(fā)，于20世紀(jì)90年代初進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段[11]。典型的增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)電站如圖 1-1 所示。其工藝流程為：增

[14-17]。第二代PFBC電站如圖1-2所示。由圖可見，第二代PFBC技術(shù)采用部分氣化和前置燃燒的方法把燃?xì)廨啓C(jī)的入口溫度提高到1100 C～1300 C，同時(shí)采用超臨界蒸汽參數(shù),使聯(lián)合循環(huán)效率有可能達(dá)到45 %～48 %[15]。這種先進(jìn)的發(fā)電系統(tǒng)尚處于中試階段，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)初期能進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段。在美國(guó)DOE的CCT計(jì)劃中，已把Lakeland McIntosh電站4#機(jī)組B作為第二代圖 1-2 第二代 PFBC-CC 電站示意圖[17]

River、Tampa 和 Pinon Pine 電站和西班牙的 Puertollano 電站和荷蘭的Buggenum 電站等 IGCC 示范工程。近 20 年 IGCC 技術(shù)發(fā)展迅速，其系統(tǒng)凈效率已經(jīng)提高到 42%～46%，單機(jī)功率已達(dá)到 300MW 等級(jí)，正在由商業(yè)化示范走向商業(yè)化應(yīng)用。在走向商業(yè)化應(yīng)用的同時(shí)，許多學(xué)者又在構(gòu)思新一代 IGCC 的框架和技術(shù)突破口。為了跟上國(guó)際 IGCC 發(fā)展的步伐，也為了較大幅度地提高中國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組的效率，并滿足國(guó)內(nèi)日趨嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家于 1994 年成立了 IGCC 示范項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組，有計(jì)劃地安排了 IGCC 研究課題[32-35]。1994～1996 年華北電力設(shè)計(jì)院與美國(guó) Texaco 和 GE 公司共同完成了 200MW 級(jí)和400MW 級(jí)濕法加料 IGCC 項(xiàng)目初步可行性研究，1997 年華北電力設(shè)計(jì)院和西安熱工研究院與 Shell 公司共同完成了 300MW 級(jí)和 400MW 級(jí)干法加料 IGCC 項(xiàng)目初步可行性研究。為了在 21 世紀(jì)推廣和應(yīng)用先進(jìn)的 IGCC 技術(shù)，國(guó)家已經(jīng)完成了北京和煙臺(tái) IGCC 示范項(xiàng)目的可行性研究，國(guó)家計(jì)委已經(jīng)批準(zhǔn)在山東煙臺(tái)建立 300MW 或 400MW 等級(jí)的 IGCC 示范電站[36]。相關(guān)單位正在進(jìn)行示范電站氣化工藝和系統(tǒng)選擇，針對(duì)國(guó)外 5 座大型 IGCC電站進(jìn)行考察，為下一步選擇技術(shù)合作伙伴打下基礎(chǔ)。圖 1-3 為西班牙 Puertollano IGCC 電站示意圖。由圖可以看出，整體

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