论文部分内容阅读
论文以我国自主知识产权的多喷嘴对置式粉煤加压气流床气化技术为应用背景，依托我国唯一一套可开展煤种试烧的粉煤气流床气化中试装置，针对煤粉高压密相气力输送过程、粉煤气化工艺的自动控制与安全联锁技术、水冷壁气化炉的煤种试烧性能、气流床煤气化工艺性能影响因素和气化仿真培训系统开发与应用等五个方面开展了系统研究，为我国自主知识产权的粉煤加压气流床气化技术的软件包开发、工程设计和工业装置运行优化提供了重要依据和有效借鉴。 论文开展了高压工业规模煤粉密相气力输送过程研究。首先比较了四种具有不同煤质特征煤粉的流动性能，定量表征了煤粉的较强粘附性和较差流动性，为煤粉供料单元的工程设计提供了基础数据。其次，研究了高压工业规模煤粉密相气力输送条件下的相图、流型和管道压降特征，获得了最小压降速度及其与管径的关系，分析比较了不同流向的煤粉摩擦压降特性，建立了精度±20％以内的高压上升管管道压降预测模型。同时，借助电容层析成像系统，考察了典型工况的水平管煤粉满管流、悬浮流和分层流流型特征。最后，以相图为基础，对不同输送参数下的管道压差信号波动性进行了稳定性分析。结果表明，压差信号的标准差、相对标准差和功率谱密度最大峰值均可有效定量表征输送稳定性，其中功率谱密度最大峰值的分辨率更高;当低于最小压降速度时，稳定性受流型变化的主导作用影响而迅速下降，当高于最小压降速度时，受气固两相流动湍流强度的主导作用影响而缓慢增加。因此，稳定性在最小压降速度处达到最优，能耗也最低。 针对气化炉和粉煤密相输送系统介质特殊、安全性要求高的特点，论文开发了煤粉锁斗供料程控方案、气化炉开停车安全逻辑方案，并在中试装置上得到了有效验证。针对煤粉供料系统关键阀门卡涩磨损等问题，论文提出了优化的结构形式和改造方案，有效降低了关键阀门的故障发生频率，保证了煤粉供料单元的稳定运行。 论文在水冷壁气化炉中试装置上系统研究了四种典型煤种（北宿煤、鲍店煤、田坝煤和南屯煤）的气化性能指标、水冷壁挂渣形态特征以及灰渣理化特性。结果表明，10％灰分含量的北宿煤依然可在水冷壁上形成有效渣层，实现“以渣抗渣”功能。鲍店煤灰为塑性渣，灰熔点(FT)达1410℃，正常运行所需炉温最高，体现了该气化炉对于具有特殊粘温特性的高灰熔点煤的良好适应性;但高炉温以气化指标恶化为代价，其有效气较北宿煤低5个百分点。高灰分含量的田坝煤（灰含量26％）挂渣渣层较厚，热损失明显降低，在有利于保护水冷壁的同时也在一定程度上提高了气化效率。对于灰熔点高达1534℃的南屯煤，试烧结果表明，添加3％石灰石将灰熔点降低到1350℃是优化运行的有效手段，说明添加助熔剂降低灰熔点对气化指标的贡献明显高于其灰分含量增加对气化指标的不利影响。 同时，论文还对南屯煤气化灰渣的可燃物含量、表观形态、粒度分布以及矿物质组成进行了分析。灰渣可燃物和粒度受氧煤比影响显著，高、低氧煤比条件下的灰渣表面形态也明显不同。在矿物质组成方面，低氧煤比下灰渣存在FeS和钙长石等晶态矿物质，而高氧煤比条件下的灰渣则为玻璃体特性。 以气流床煤气化中试装置的运行数据为基础，论文定量比较了原料形态、气化炉内衬形式、以及工艺条件等对气化反应结果的影响规律。在此基础上，通过模拟计算给出了上述不同形式的工业规模煤气化装置的气化性能指标对比。结果表明，不同煤气化组合型式的工艺指标顺序为:粉煤-耐火砖内衬＞粉煤-水冷壁内衬＞水煤浆-耐火砖内衬。这些定量研究结果不仅有助于对各类气流床气化技术的认识与理解，同时也对气化炉的优化操作也具有良好的指导价值。 论文最后以多喷嘴对置式粉煤气化技术工艺软件包为基础，设计开发出了多喷嘴对置式粉煤气化技术仿真培训系统。通过DCS控制仿真系统、ESD安全控制仿真系统、在线评价系统等，有效模拟了多喷嘴对置式粉煤气化装置的开车、停车、运行、典型故障处理等工况，实现了整流程的仿真分析与过程优化，为多喷嘴对置式粉煤气化技术示范应用建立了良好的仿真平台。