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基于Gibbs自由能最小化原理模拟生物质流化床气化

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可再生能源 2011年第4期29卷 32-39页

作者：裘啸阎维平孙俊威董静兰华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

基于能质平衡和吉布斯(Gibbs)自由能最小化原理,选择松木屑和麦秆两种生物质,利用化工商业化软件ASPEN PLUS模拟生物质流化床气化过程,并结合试验数据验证模拟结果的准确性。在此基础上考察了高温、原料含水率大范围变化等试验中较难实... 详细信息

基于能质平衡和吉布斯(Gibbs)自由能最小化原理,选择松木屑和麦秆两种生物质,利用化工商业化软件ASPEN PLUS模拟生物质流化床气化过程,并结合试验数据验证模拟结果的准确性。在此基础上考察了高温、原料含水率大范围变化等试验中较难实现的操作对气化的影响。模拟结果表明,搭建的气化模型能较好地模拟生物质气化过程,对生物质气化试验与工程放大具有一定的参考价值。

关键词：生物质流化床气化 ASPEN PLUS模拟

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晋城无烟煤流化床气化结渣机理的探索

太原理工大学学报 2010年第5期41卷 666-669页

作者：李风海黄戒介房倚天王洋中国科学院山西煤炭化学研究所太原030001 中国科学院研究生院北京100039

为探索晋城无烟煤流化床气化结渣的机理,采用化学成分和XRD分析法对晋城无烟煤气化炉渣块和煤灰的化学成分及晶相组成进行了分析,并对煤灰在升温过程中矿物质的演变行为进行了研究。结果表明:晋城无烟煤流化床气化过程中于1 100℃左右... 详细信息

为探索晋城无烟煤流化床气化结渣的机理,采用化学成分和XRD分析法对晋城无烟煤气化炉渣块和煤灰的化学成分及晶相组成进行了分析,并对煤灰在升温过程中矿物质的演变行为进行了研究。结果表明:晋城无烟煤流化床气化过程中于1 100℃左右低熔点共融物铁尖晶石(铁铝酸盐)以及钙长石(钙铝硅酸盐)等的形成是引起结渣的主要因素。

关键词：晋城无烟煤流化床气化结渣机理

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小龙潭褐煤流化床气化灰熔聚物的熔融特性

煤炭转化 2011年第2期34卷 36-40页

作者：李风海黄戒介房倚天王洋中国科学院研究生院北京100039 中国科学院山西煤炭化学研究所太原030001

为探索小龙潭褐煤气化灰熔聚物及结渣的熔融特性,采用化学分析法和X-射线衍射法从煤灰成分和矿物质组成的角度分析了气化炉结渣、灰熔聚物和矸石灰熔融性差异的原因.结果表明,炉内结渣的灰熔点最低,灰熔聚物居中,矸石灰最高.灰分中总碱... 详细信息

为探索小龙潭褐煤气化灰熔聚物及结渣的熔融特性,采用化学分析法和X-射线衍射法从煤灰成分和矿物质组成的角度分析了气化炉结渣、灰熔聚物和矸石灰熔融性差异的原因.结果表明,炉内结渣的灰熔点最低,灰熔聚物居中,矸石灰最高.灰分中总碱性组分含量由结渣、灰熔聚物到矸石灰依次减少,导致三种物质的灰熔点依次增加.钙黄长石和钙长石等含钙化合物间形成低熔点共融物是结渣灰熔点低的原因;矸石灰中石英石的含量明显高于灰熔聚物,与矸石灰中莫来石的"骨架"作用导致矸石灰的灰熔点比灰熔聚物高.三种物质灰熔融性差异是由于流化床气化过程中矿物质的迁徙转化引起的.

关键词：小龙潭褐煤流化床气化灰熔聚物熔融特性

成型生物质流化床气化及半焦与煤混燃的协同作用研究

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成型生物质流化床气化及半焦与煤混燃的协同作用研究

作者：李姜昊华中科技大学

学位级别：硕士

我国每年产生的生物质农林业废弃物占据世界的首位。燃煤耦合生物质气化发电将生物质气化产生一定热值的燃气送入燃煤锅炉辅助燃烧,是一种可以大规模处理生物质、与生物质直燃发电相比具有较高发电效率的技术。这种间接混燃的发电技术... 详细信息

我国每年产生的生物质农林业废弃物占据世界的首位。燃煤耦合生物质气化发电将生物质气化产生一定热值的燃气送入燃煤锅炉辅助燃烧,是一种可以大规模处理生物质、与生物质直燃发电相比具有较高发电效率的技术。这种间接混燃的发电技术已被列为国家新增鼓励产业,目前已有一些工程案例。成型技术将生物质能源品质提升,但会改变其组分。目前成型生物质的流化床气化特性、结渣特性研究报道较少,且气化过程中会产生大量的焦炭,对其规模化利用研究不足。若能在高效利用成型生物质气化同时,规模化的处理气化焦炭,将拓宽燃煤耦合生物质气化技术的利用前景。本文采用成型桉树皮和成型玉米秸秆这两种典型农林废弃物,并选取稻壳和木屑做对比,在中试规模的流化床上进行流化和气化试验,采用压力、温度传感器与煤气分析仪监测炉膛工况与气化特性,并采用XRD、XRF、EPMA等仪器分析结渣特性,并对气化半焦特性和产率进行分析。结果表明,破碎有利于气化试验中绞龙的送料,但在成型后破碎会使粒径分布不均,流化不稳定。成型工艺对气化效果影响较小,灰分和含水量是影响气化的主要因素。成型桉树皮、稻壳与木屑的最佳空气当量系数值为0.2,燃气热值分别为5.5 MJ/m、5.5 MJ/m、6 MJ/m,气化效率分别为60%、45%、52%。成型玉米秸秆由于高灰分低热值,需要更大的空气量,最佳空气当量系数值为0.24,燃气热值为4 MJ/m,气化效率为35%。温度的提高促进气化反应,增加一次风温对炉膛影响不明显,但会大幅提升炉底温度,影响设备安全。成型生物质更易在气化中产生结渣,因为其含有较多的灰分和碱金属、碱土金属。K、Mg等元素在床料中富集而形成低熔点熔融盐而将石英砂床料粘结,是结渣的主要原应。高密度、高灰分使成型生物质气化的焦炭产率和能量得率较高。产生的气化半焦分别称为EBC、CSC、RHC、SC,采用XRF、BET、SEM研究了化学成分、孔隙结构与表面形态,并在热重分析仪上研究其燃烧特性与反应动力学。结果表明,成型压缩工艺不会明显破坏气化半焦的碳骨架结构,但会在孔隙中掺混较多杂质,且四种气化半焦孔容积和比表面积都大幅小于同类热解焦炭,不适合作为吸附剂等利用。随着灰分增多,气化半焦的燃烧峰逐渐向高温区移动,SC与EBC以挥发分燃烧占据主导,而RHC和CSC焦炭燃烧占主导。SC的综合燃烧特性指数是RHC和CSC的40倍,燃烧特性最佳,EBC其次。灰分显著影响气化半焦的反应动力学和燃烧机理。随着灰分的增多,燃烧机理从一阶的化学反应模型变为三阶的扩散反应模型,活化能逐渐变高,顺序为CSC>RHC>EBC>SC。将气化半焦与末煤掺混,在热重分析仪下研究了混燃的燃烧特性与反应机理。采用定性与定量两种方法评价协同作用,并定量区分协同作用中催化与非催化机制。结果表明,掺混EBC和SC利于提升末煤燃烧特性,CSC和RHC相反。矿物质的催化机制和挥发分的非催化机制起到促进正向协同作用的效果,而灰分则起到抑制作用。催化机制在协同作用中占据主导。EBC掺混比在15%以上时,催化对协同作用的贡献不再增加。随着气化半焦掺混比例的增加,混合物的活化能呈现降低趋势,三阶扩散模型是末煤与RHC、EBC、CSC在各种掺混比例下最有效的反应机理。掺混SC时,高比例下一阶化学反应占主导,50%及以下时二阶的化学反应占主导。

关键词：成型生物质流化床气化中试试验气化半焦混燃协同作用

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稻秆流化床气化及灰渣热物性实验研究

稻秆流化床气化及灰渣热物性实验研究

作者：程大千南京师范大学

学位级别：硕士

生物质在能源利用过程中能够减少CO2的排放量,且具有低硫和低氮的特性,是环境友好的可再生能源资源。我国每年可进行能源化利用的农作物秸秆就超过5亿吨,其中稻秆和稻壳分别可达2.4亿吨和4000万吨。随着我国生物质气化能源化商业化应用... 详细信息

生物质在能源利用过程中能够减少CO2的排放量,且具有低硫和低氮的特性,是环境友好的可再生能源资源。我国每年可进行能源化利用的农作物秸秆就超过5亿吨,其中稻秆和稻壳分别可达2.4亿吨和4000万吨。随着我国生物质气化能源化商业化应用规模的扩大,将生物质灰渣制备建筑材料和耐温材料,越来越受到重视。本文以稻秆、麦秆、玉米秆和稻壳这四种农作物秸秆为原料,开展了生物质热物理性质测定、灰样制备、稻秆流化床气化冷态和热态试验、生物质灰及稻秆气化灰渣的理化特性和灰熔性特性的实验研究,得出如下结论： (1)稻秆、稻壳、麦秆和玉米秆等四种生物质灰分含量存在较大差异,为3.27%～16.25%;挥发分含量为60.23%～71.93%;固定碳含量为14.65%～18.85%;与煤相比,本文选用的四种生物质的S含量很低,但N含量偏高。 (2)为了提高生物质流化床气化的转化率,需要对原料进行破碎预处理,破碎预处理后的稻秆呈短纤维状或短棒状以及部分颗粒呈粉末状,采用长度和粒径可更准确地表征其特征尺寸。本文进行的稻秆流化床气化冷态试验研究,确定了稻秆流化床气化的相关参数。在热态试验中,选择气化反应温度分别为600℃、700℃、750℃和800℃时,相应的稻秆气化灰渣,其中炉底渣、旋风分离器飞灰和喷淋塔飞灰的相对比例分别为24.53%～93.85%、3.52%～74.75%和0.72%～2.63%;随温度升高,旋风分离器内收集到的稻秆气化飞灰逐渐减少,而炉底渣和喷淋塔飞灰逐渐增加。石英砂床料对稻秆飞灰的影响较小,对炉底渣的影响较大。通过对稻秆气化灰渣的工业分析,旋风分离器飞灰的水分、挥发分和固定碳含量波动较大,分别在2.18%～21.18%,0.72%～5.16%和0.04%～10.44%之间。 (3)稻秆、稻壳、麦秆和玉米秆等四种生物质灰的表观形貌存在差异,从灰粒尺寸分布、形状、团聚、孔隙结构等方面看,这些灰粒主要是由许多更小的颗粒烧结聚合而成;稻秆气化灰渣的微观形貌也各不相同。稻秆流化床气化的炉底渣的灰粒呈不规则块状结构,断面较光滑平整;喷淋塔飞灰的灰粒呈细小颗粒状且分布均匀;旋风分离器飞灰总体呈块状、片状、棒状等形貌。 (4)通过对灰渣试样进行EDS分析可知,稻秆灰和麦秆灰中的K、Na、Cl和Fe元素含量较高;玉米秆灰和麦秆灰中的Ca和Mg元素含量较高;稻秆气化灰渣的各元素分布呈以下两个特点：一是K、Na、Ca、Mg等碱/碱土元素和Cl等卤族元素主要富集在旋风分离器和喷淋塔中;二是Si、Al和Fe等粒径和硬度较大的元素主要富集在气化炉底中。通过XRD分析可知,物相种类与EDS分析结果密切相关,其中均含有以SiO2为化学成分的晶相;稻秆灰及其气化飞灰和麦秆灰中还含有KCl或K2S04,而玉米秆灰中则以MgO和CaO为主要晶相;稻秆气化炉底渣中的方石英受混入床料的影响,蛋白石和Si02可部分转化成石英或者与碱金属生成玻璃相。 (5)生物质灰渣的灰熔点与各成分的熔点和相对含量有关,稻壳灰和稻秆气化炉底渣的灰熔点值较高,稻秆灰和麦秆灰的灰熔点值较低,DT分别在1220℃～1265℃和1085℃～1145℃之间。添加氧化铝可有效地提高生物质灰渣的灰熔点,对稻秆灰、稻秆气化炉底渣和稻秆气化飞灰,氧化铝的比例分别大于64.9%、50%和55%即可满足其耐火度大于1500℃的基本要求。对于碱金属含量较高的灰渣可采用水洗处理提高其灰熔点。 (6)稻壳灰、稻秆灰及其气化灰渣的灰熔体类型为玻璃体渣,玉米秆灰和麦秆灰的灰熔体类型为低熔点的结晶渣;经水洗处理后未能改变其灰渣类型;添加氧化铝使得其从玻璃体渣转变为高熔点的结晶渣。利用煤灰的粘度特性和灰熔性指标,对生物质灰渣进行了相关研究,在临界粘度温度、碱酸比、硅比和沾污系数等特性和指标计算方面存在着较大的误差,故应对其进行大量的实验研究和理论分析,建立起适合生物质灰渣特性及灰熔性指标等方面的评价体系。本文的研究成果为稻秆、稻壳、麦秆、玉米秆等生物质气化灰渣的资源化利用奠定了一定的技术基础和积累了可靠的依据。

关键词：稻秆流化床气化灰渣水洗处理灰熔点

生物质流化床气化制氢大型试验系统设计与运行

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生物质流化床气化制氢大型试验系统设计与运行

作者：高文学天津大学

学位级别：硕士

氢是一种清洁能源,它利用后产生的最终产物是水。目前,主要的制氢途径有:电解水制氢,矿物燃料制氢,生物质制氢,其他含氢物质制氢,各种化工过程氢气副产物的回收等几种。由于矿物燃料的储量有限,开采难度和危险性增加,且开采利用过程中... 详细信息

氢是一种清洁能源,它利用后产生的最终产物是水。目前,主要的制氢途径有:电解水制氢,矿物燃料制氢,生物质制氢,其他含氢物质制氢,各种化工过程氢气副产物的回收等几种。由于矿物燃料的储量有限,开采难度和危险性增加,且开采利用过程中伴随着严重的污染问题,作为在应用性质上可与矿物燃料完全互为替代的唯一一种可再生清洁能源,生物质能因此受到特别的关注。我国生物质资源丰富,生物质制氢具有稳定的资源、制氢技术工艺简单、成本较低、能实现CO2零排放等一系列优点,将成为未来氢能源的主要生产手段之一。生物质气化制氢一般采用循环流化床或鼓泡流化床作为气化反应器,催化剂为镍基催化剂或较为便宜的白云石/石灰石等。本课题在分析各种可能的制氢途径基础上,归纳总结了生物质制氢的各种技术并进行了讨论,同时介绍了制氢常用的催化剂。通过对比分析,指出由生物质催化热解-气化进行富氢气体制取是很有发展前景的一种制氢方法。在此基础上,进行了翔实的理论计算和模拟推导及试验系统设计优化,确定了生物质流化床两级制氢综合试验系统的流程和冷、热态试验的方案,并完成了流化床大型试验系统的设计、建造、冷态调试与测试、热态试运行及热态初步试验。该试验系统包括:空气与蒸汽供给系统、循环流化床气化炉、催化重整反应器、冷却与换热系统、数据自动采集和计算机自动控制系统等。形成了完整的流化床制氢试验体系,为课题后续的研究建立了很好的平台。在冷态试验和热态试验中,针对不同粒径和不同静止床高的试验床料,进行了一系列试验,得出各种主要运行参数(如临界流化速度、布风板阻力、床料阻力等)及相关曲线,这些数据参数和关联曲线对实际的热态制氢试验的运行具有重要指导意义。初步的热态制氢试验表明,设计建造的生物质流化床两级制氢综合试验系统可以达到设计目的,并且气化制氢效率和产率比较理想。

关键词：生物质富氢气体催化剂热化学转化流化床气化

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流化床气化飞灰造粒燃烧的经济性分析

大氮肥 2017年第6期40卷 370-372页

作者：董文博曹敏程相龙河南省煤气化工程技术研究中心河南郑州450000

流化床气化运行过程中产生大量飞灰,通过分析飞灰产生原因,并将飞灰与原料煤在破碎、干燥过程中产生的难以入炉的细煤粉掺混造粒后与流化床锅炉燃烧使用的原煤进行对比,结果表明气化飞灰造粒后可适用于流化床锅炉燃烧。将气化飞灰造粒... 详细信息

流化床气化运行过程中产生大量飞灰,通过分析飞灰产生原因,并将飞灰与原料煤在破碎、干燥过程中产生的难以入炉的细煤粉掺混造粒后与流化床锅炉燃烧使用的原煤进行对比,结果表明气化飞灰造粒后可适用于流化床锅炉燃烧。将气化飞灰造粒后用于流化床锅炉燃烧,可消除其对环境造成的危害,节省企业运行成本,提升企业经济效益,并解决流化床气化技术存在的飞灰处理难题。

关键词：流化床气化飞灰造粒热重曲线流化床锅炉

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流化床气化技术对煤质的要求

大氮肥 2014年第3期37卷 145-148,152页

作者：郭森荣中国石油化工股份有限公司工程部北京100728

介绍流化床气化技术特点,从煤的分类、工业分析、半焦与CO2反应活性、卤族元素和碱金属含量等方面,分析煤质对流化床气化技术的影响,得出流化床气化适合可气化高灰、高水、高灰熔点的劣质煤,要求煤半焦的CO2反应性高,灰熔点不能偏低,反... 详细信息

介绍流化床气化技术特点,从煤的分类、工业分析、半焦与CO2反应活性、卤族元素和碱金属含量等方面,分析煤质对流化床气化技术的影响,得出流化床气化适合可气化高灰、高水、高灰熔点的劣质煤,要求煤半焦的CO2反应性高,灰熔点不能偏低,反应温度操作范围尽量大;原料中的卤族元素含量尽量低;碱金属含量低于2%。

关键词：流化床气化煤质 U—Gas TRIG输运床

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流化床气化技术在我国的应用现状及发展前景

化学工程师 2014年第1期28卷 50-52页

作者：褚晓亮苗阳付玉玲张玉斌苗雨旺烟台龙源电力技术股份有限公司山东烟台264006 阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司山东淄博255400

从1954年第一台工业流化床投产以来,循环流化床得到了广泛的应用和快速的发展。近年来,使用循环流化床做气化炉的工艺得到了迅速发展,使燃烧效率、碳转换率等得到了较明显的提高。综述了现行的几大流化床气化技术,分析其各自的特点,对... 详细信息

从1954年第一台工业流化床投产以来,循环流化床得到了广泛的应用和快速的发展。近年来,使用循环流化床做气化炉的工艺得到了迅速发展,使燃烧效率、碳转换率等得到了较明显的提高。综述了现行的几大流化床气化技术,分析其各自的特点,对各炉型的操作条件和产业化应用情况等加以说明。最后,对流化床气化炉以后的发展提出了相关建议。

关键词：煤气化技术流化床气化产业化