自熱式固體熱載體煤氣化特性實驗研究.pdf

1、21世紀能源危機必定成為全球關注的焦點，經濟與科技的發(fā)展都要以能源供應為基礎。作為最大的發(fā)展中國家，我國正處于飛速發(fā)展階段，其對能源的需求更為迫切。面對現(xiàn)今的能源危機與環(huán)境污染壓力，唯有做好以下兩方面工作，才可維持經濟與科技的高速發(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，煤氣化技術成為當今新舊能源交接段的能源緩沖劑。煤氣化的發(fā)展直接影響到整個能源過渡時期的穩(wěn)定性，是當今世界能源形式轉變的橋梁和樞紐。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，我國每年的鋼鐵產量已穩(wěn)居世界第一，而這背后必將產生大量的余熱資源，高爐渣余熱就是其中的重要組成部分。筆者結合本國國情及當今世界的能源發(fā)展趨勢，提出了利用高爐渣余熱進行煤氣化的實驗方案，這一方案既可達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)高爐渣為熱載體對粉煤氣化特性進行了實驗研究，旨在獲得高爐渣參與下的粉煤氣化反應規(guī)律與特性，從而為將來的工業(yè)化

3、生產提供指導依據(jù)。其主要研究內容如下:
　　(1)根據(jù)固態(tài)爐渣及粉煤的物理化學特性，擬采用固定床熱載體煤氣化系統(tǒng)對不同煤種進行氣化實驗研究。這一實驗方案可降低對實驗設備的要求，操作控制相對簡單，
　　在實驗室范圍內具有較強的可行性與可操作性。同時又可利用高爐渣作為熱載體與粉煤進行快速傳熱，從而達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量配比下的高爐渣與粉煤混合物在不同工況下的反應情況

4、，對比研究了不同渣煤比、煤種、氣化反應速率對粉煤氣化初溫及化學反應性能的影響規(guī)律。研究結果表明:高爐渣對粉煤氣化具有催化作用;渣煤比為3∶1時催化效果最佳;升溫速率的提高有利于煤焦氣化反應的進行。
　　(3)采用Li Chung-Hsiung積分法對綜合熱分析儀所得數(shù)據(jù)進行動力學相關分析和計算，通過線性擬合的方法在21種現(xiàn)有氣固反應機理模型中尋找不同工況下的最適反應機理函數(shù)，其中A5即隨機核化長大(n=4)模型對不同工況下的氣化反

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

6、術對煤種具有廣泛的適應性。反應溫度為1100℃時，即使較劣質的沈南煤與阜新煤也可達到80％以上的轉化率和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，還可對氣化反應產生催化作用;實驗中當反應溫度升至1100℃時各項反應指標最佳，進一步升溫會導致高爐渣產生一定的粘結性，不利于固定床氣化的傳熱傳質;本實驗系統(tǒng)對粉煤粒度具有很強的適應性，實驗中采用的80-100目范圍內的粉煤氣化特性均可達到較高水平;當氣化劑流量在0.