自熱式固體熱載體煤氣化特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、21世紀(jì)能源危機(jī)必定成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展都要以能源供應(yīng)為基礎(chǔ)。作為最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)正處于飛速發(fā)展階段，其對(duì)能源的需求更為迫切。面對(duì)現(xiàn)今的能源危機(jī)與環(huán)境污染壓力，唯有做好以下兩方面工作，才可維持經(jīng)濟(jì)與科技的高速發(fā)展:一是煤炭資源的充分合理利用。伴隨著石油和天然氣兩大能源的枯竭，煤氣化技術(shù)成為當(dāng)今新舊能源交接段的能源緩沖劑。煤氣化的發(fā)展直接影響到整個(gè)能源過渡時(shí)期的穩(wěn)定性，是當(dāng)今世界能源形式轉(zhuǎn)變的橋梁和樞紐。二是余熱余能

2、的有效回收利用。其中鋼鐵行業(yè)的余熱余能的回收前景最為廣闊，我國(guó)每年的鋼鐵產(chǎn)量已穩(wěn)居世界第一，而這背后必將產(chǎn)生大量的余熱資源，高爐渣余熱就是其中的重要組成部分。筆者結(jié)合本國(guó)國(guó)情及當(dāng)今世界的能源發(fā)展趨勢(shì)，提出了利用高爐渣余熱進(jìn)行煤氣化的實(shí)驗(yàn)方案，這一方案既可達(dá)到煤炭資源的充分利用，又能夠有效回收高爐渣的余熱余能。
　　本文以固態(tài)高爐渣為熱載體對(duì)粉煤氣化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，旨在獲得高爐渣參與下的粉煤氣化反應(yīng)規(guī)律與特性，從而為將來的工業(yè)化

3、生產(chǎn)提供指導(dǎo)依據(jù)。其主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)固態(tài)爐渣及粉煤的物理化學(xué)特性，擬采用固定床熱載體煤氣化系統(tǒng)對(duì)不同煤種進(jìn)行氣化實(shí)驗(yàn)研究。這一實(shí)驗(yàn)方案可降低對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求，操作控制相對(duì)簡(jiǎn)單，
　　在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的可行性與可操作性。同時(shí)又可利用高爐渣作為熱載體與粉煤進(jìn)行快速傳熱，從而達(dá)到瞬間熱解氣化的目的。
　　(2)通過綜合熱分析儀采用程序升溫法研究了不同質(zhì)量配比下的高爐渣與粉煤混合物在不同工況下的反應(yīng)情況

4、，對(duì)比研究了不同渣煤比、煤種、氣化反應(yīng)速率對(duì)粉煤氣化初溫及化學(xué)反應(yīng)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:高爐渣對(duì)粉煤氣化具有催化作用;渣煤比為3∶1時(shí)催化效果最佳;升溫速率的提高有利于煤焦氣化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　(3)采用Li Chung-Hsiung積分法對(duì)綜合熱分析儀所得數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)相關(guān)分析和計(jì)算，通過線性擬合的方法在21種現(xiàn)有氣固反應(yīng)機(jī)理模型中尋找不同工況下的最適反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，其中A5即隨機(jī)核化長(zhǎng)大(n=4)模型對(duì)不同工況下的氣化反

5、應(yīng)機(jī)理具有普遍的適用性。利用Satava-Sestak積分法計(jì)算得到相應(yīng)工況下的反應(yīng)活化能與指前因子，其中升溫速率的提高會(huì)降低反應(yīng)活化能與指前因子，而高爐渣的加入對(duì)其影響規(guī)律不統(tǒng)一。在求得高爐渣熱載體煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)活化能與指前因子之間存在著補(bǔ)償效應(yīng)。
　　(4)通過自行搭建的固定床熱載體煤氣化反應(yīng)裝置，研究了煤種、粉煤粒度、反應(yīng)溫度及氣化劑流量對(duì)氣化反應(yīng)活性的影響規(guī)律，得到如下結(jié)論:利用高爐渣為熱載體的粉煤氣化技

6、術(shù)對(duì)煤種具有廣泛的適應(yīng)性。反應(yīng)溫度為1100℃時(shí)，即使較劣質(zhì)的沈南煤與阜新煤也可達(dá)到80％以上的轉(zhuǎn)化率和8000KJ/m3的煤氣熱值;高爐渣作為熱載體不但解決了熱量來源問題，還可對(duì)氣化反應(yīng)產(chǎn)生催化作用;實(shí)驗(yàn)中當(dāng)反應(yīng)溫度升至1100℃時(shí)各項(xiàng)反應(yīng)指標(biāo)最佳，進(jìn)一步升溫會(huì)導(dǎo)致高爐渣產(chǎn)生一定的粘結(jié)性，不利于固定床氣化的傳熱傳質(zhì);本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)粉煤粒度具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，實(shí)驗(yàn)中采用的80-100目范圍內(nèi)的粉煤氣化特性均可達(dá)到較高水平;當(dāng)氣化劑流量在0.