循环流化床锅炉灰作为固体热载体的煤和生物质共热解研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjss2008
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煤炭是我国最主要的能源,其消费量在我国一次能源消费中仍占首位。我国煤炭的主要利用方式是直接燃烧发电,这不仅浪费了煤中宝贵的烃类资源,而且造成了严重的环境污染。煤的热解是煤的一种高效转化利用方式。基于循环流化床燃烧与煤热解耦合的多联产技术可以同时产出热、电、焦油和煤气,提高了煤的利用效率,实现了煤的梯级利用。  由大量化石能源的消耗引起的能源危机及环境污染问题迫使人们不得不开发利用新能源。生物质能源由于其可再生性、清洁性及独特的与煤炭能源的相似性得到越来越多的重视,生物质的开发利用技术也得到了广泛的研究。生物质热解由于其条件的温和性及产物的多样性受到人们的青睐。  本文以多联供系统为应用背景,利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对煤和生物质分别进行了单独热解和共热解的研究,同时对共热解在多联供系统中的应用进行了分析。在煤和生物质单独热解的实验中,考察了热解温度对气液固产物产率和性质的影响,同时考察了原料中的硫氮在气液固三相产物中的分布规律。在煤和生物质共热解的实验中,考察了热解温度和生物质混合比例对共热解所得气液固产物产率和性质的影响,同时分析了共热解过程中两种物料的相互作用。分析了共热解应用在多联供系统中可能会对锅炉燃烧和整个系统产生的影响,并以1000吨蒸汽锅炉为例分析了共热解对多联供系统产生的影响。通过以上几个方面的考察分析,主要得到如下结论:  1.循环流化床锅炉的高温循环灰作热载体时,只为热解提供热源,在热解前后,热载体的基本性质不变,可返回锅炉继续燃烧。  2.温度是煤和生物质单独热解的重要影响因素,对气液固产物产率和特性都有着明显的影响。(a)在煤单独热解中,随着热解温度(470~630℃)的升高,半焦产率降低,煤气和焦油的产率增加。当热解温度升高至630℃时,焦油产率达到8.07wt.%,轻油产率达到6.57 wt.%。焦油中正己烷可溶物占80%以上,且随温度的升高而降低。(b)在生物质单独热解中,随着热解温度(430~620℃)的升高,半焦产率降低,气体产率增加,而液体和生物油产率随温度的升高先增加后减小,在510℃时分别达到最大值45.40 wt.%和14.24 wt.%。在气体产物中,随着热解温度的升高,CO2的含量降低,H2,CH4, C2+的含量增加,而CO的含量变化不是很大。  3.在煤与生物质共热解中,温度和生物质混合比例是共热解的重要因素,对气液固产物产率和特性都有着重要影响。(a)随着生物质混合比例(10%~90%)的增加,半焦产率降低,液体和气体产率增加,液体中焦油、水和轻油的产率都增加,气体中CO和CO2的产率大幅增加,气体的热值大幅下降,半焦中的碳含量降低,灰含量增加。(b)随着热解温度(480℃~600℃)的升高,半焦的产率下降,液体和气体的产率增加,液体中焦油和水的产率都增加,但轻油的产率先增加后减少,在530℃时达到最大值13.55wt.%。  4.煤和生物质共热解过程中,不管是不同生物质混合比例的共热解还是不同温度的共热解,半焦产率的实验值跟计算值几乎一致。焦油产率的实验值大于计算值,气体产率的实验值小于计算值,且混合物中生物质的混合比例越大,热解温度越高,这些实验值与计算值的偏差越大。  5.原料煤或生物质中的硫氮在原料热解后分布在气液固三相产物中,且随着温度的升高有一定的规律。在煤热解中,原煤热解后,原煤中的硫有70%左右分布在半焦中,原煤中的氮有90%左右分布在半焦中。在生物质热解中,原生物质中的硫有60%左右分布在在半焦中,分布在半焦中的氮在热解温度范围内从74.18%降低到46.52%。  6.从煤单独热解和煤/生物质共热解得到的气液固产物产率及特性的比较分析得知多联供系统的热解段加入生物质会对锅炉燃烧和系统产生影响。对1000t蒸汽锅炉,热解段加入30%生物质共热解后锅炉需要补煤10.28t才能满足锅炉的热负荷。加入30%生物质后对锅炉的排渣不会造成影响。对1000t蒸汽锅炉每年可少排放CO2大约4176t,经济效益可提高18.91%。
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