论文部分内容阅读
本文以粉煤加压气流床气化技术为工业应用背景，着重对粉煤密相气力输送系统中的管道压降特性、水平管沉积流动形态特征和高压下粉煤密相气力输送操作控制规律进行了研究；同时，依托粉煤加压气流床气化中试装置，考察了密相气力输送技术在中试装置中的应用，并研究了不同载气下的粉煤加压气化中试工艺操作特性，为自主创新的粉煤密相气力输送技术的工程化放大和产业化运行提供了有力支撑。研究结论如下：
1、以附加压降模型为基础，系统考察了管径(15～39mm)、煤种(大同煤、北宿煤、羊肠湾煤)、载气(N2、CO2)等对粉煤密相气力输送管道阻力特性的影响，获得了可满足工程放大设计需要、适用范围较广、使用简单便捷的水平管和竖直上升管压降计算关系式。结果表明，水平管压降方程计算偏差不超过±30％；竖直上升管压降计算方程偏差小于±10％。
2、对水平管与竖直上升管固相摩擦压降进行了分析比较，结果表明，相同速度和浓度下，水平管固相摩擦压降大于竖直上升管固相摩擦压降；而在经济速度附近，由于固相静压降的主导作用，上升管固相压降大于水平管固相压降。
与上述结果相对应，当Fr较小时，上升管固相压降系数K最大，水平管固相摩擦系数γz,h其次，而上升管固相摩擦系数，γz,v最小；随Fr的增加，三者趋近于γz,h。
3、借助高速摄像和电容层析成像手段，考察了水平管内粉煤高浓度沉积流动形态特征，获得了流动形态与相关信号的对应关系；结合电容层析成像结果，发现了稳定操作条件下沉积流动具有多样性、但存在主导形态。
4、围绕工业装置操作运行所面临的各种可能工况，在系统考察影响粉煤气力输送过程的流化气、调节气、输送压差和系统压力等操控参数基础上，提出了实现稳定输送与流量调控的途径和方法，为工业应用中不同运行条件下的粉煤质量流率调控提供指导。
5、围绕中试装置粉煤密相供料系统运行的若干问题，研究了电容式固体质量流量计测量、粉煤质量流率调控、多管路输送、密相气力输送操控、不同载气下粉煤气化性能等规律。研究表明:
(1)在稳定输送状态下，电容式固体质量流量计在标定范围内具有较高的测量精度和重复性，其质量流率测量偏差不超过±10％。
针对目前工业装置固体质量流量计标定系统精度低、无法在线标定的不足，提出了高精度的在线标定工艺，为具有不同物性的粉煤质量流率在线或离线校核、降低氧煤比操作偏差以及实现多原料煤种的快速切换奠定了基础。
(2)考察了阻力部件对质量流率调控性能的影响，结果表明存在优化的阻力部件尺寸和配置，满足不同工况下的流率调控需要。
(3)多管路输送中试运行结果表明，四路管线粉煤流率均匀分配效果优良，最大相对偏差小于5％；粉煤质量流率波动均在士5％以内，体现了良好的输送稳定性。
(4)考察了多喷嘴对置式粉煤加压气流床气化炉中试性能。结果表明，以北宿煤为原料气化时其有效气含量约90％，碳转化率超过98％，比氧耗290Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)、比煤耗521kgCoal/1000Nm3(CO+H2)，与Shell、GSP等先进气化技术的工艺性能指标处于同等水平。
(5)考察了二氧化碳载气下的粉煤气化中试性能；合成气成分比较表明，二氧化碳载气下合成气中N2浓度显著降低，由3.5-7.0％下降到0.7-2.0％；CO2浓度则从1.5-4.5％增加到5.0-9.0％；而二者的H2和CO浓度没有明显差别，均分别为28-33％和58-65％。气化结果表明，二氧化碳载气不足以作为气化剂完全替代水蒸汽，不加入水蒸汽会导致气化剂缺乏而明显降低气化效率。