循环流化床粉煤气化技术

项目负责人： 陈汉平华中科技大学煤燃烧国家重点实验室副主任、教授、博士生导师。长期从事流化床技术的理论研究与技术开发工作,主持承担了国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划、支撑计划（科技攻关计划）等纵向课题20多项，以及专利与专有技术应用与转让等横向课题40余项，曾获得教育部提名国家技术发明一等奖、科技进步一等奖等多项荣誉．     

粉煤浓相气力输送中的固气比

研究了室温下浓相输送粉粉的规律，固气化（固体与气体的质量流量之比）最高可达512．2kg/kg。通过大量实验，得出固气比与总压降的关系。利用最小二乘法，对52组实验数据进行拟合，得到了固气比与气体Froude数、固体质量流量这宰的关系，揭示了3个参数之间的回归方程。     

气固流化床中空隙率研究

空隙率是气固流化床中最重要的参数之一。本文采用PV4A型光纤颗粒测速仪在直径为90mm的流化床中测定了不同颗粒在床层不同位置处及不同气速下空隙率的时间序列,采用统计分析法、功率谱分析法分析了空隙率的时间序列,并重构出空隙率时间序列的吸引子。     

工业碱对粉煤流化床混合气催化气化工艺条件的研究

在内径Φ28 mm流化床中,无烟粉煤在2种工业碱催化剂作用下进行混合气(空气/水蒸气)的催化气化,得出适宜反应时间为40 min,催化气化温度为900℃,2种工业碱催化剂的适宜添加饱和度均为8%.研究显示,无论煤气产率还是煤转气热值,粘胶废碱液均明显高于工业固碱.在适宜催化气化温度(900℃)条件下,产气率从无催化剂时的2.57 m3/kg增加到8%固碱时的3.62 m3/kg和粘胶废碱液时的3.97 m3/kg;煤转气热值粘胶废碱液比无催化剂时增加了2.78倍,比固碱时增加了0.66倍.     

气固流化床内微观瞬态特性的多尺度分析

利用小波和小波变换的性质,将小波分析应用于流化床中瞬态颗粒浓度信号的处理。采用多分辨率分析,揭示了床内气固两相流动的微观瞬态行为。     

气固流化床中气泡分布的实验研究

用摄像法研究了二维气固流化床的气泡行为，特别是气泡密度的分布规律。开发了针对摄像法研究气泡的数据处理方法，分析比较了布风板、颗粒直径、流化速度、床层高度对气泡分布密度的影响，并与模型计算结果进行了对比，得到气泡分布密度的变化规律。结果表明，气泡分布密度沿床高是不均匀的，存在气泡聚集现象；同一种颗粒在固定床高位置，气泡分布密度随流化速度的变化很小，基本保持稳定。     

山西煤化所加压灰熔聚流化床粉煤气化技术取得重大突破

日前,中科院山西煤化所在3.0MPa半工业化加压灰熔聚流化床粉煤气化技术平台上完成了1.0MPa的72小时长周期加压试验。试验期间设备运行平稳,达到了预期技术指标,标志着加压灰熔聚流化床粉煤气化技术取得重大突破。     

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率,为更好地认识局部流动结构,径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容,特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义．已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围,对不同实验体系的应用会表现出局限性．针对以上问题,本文结合电导探针测量法与流体仿真技术,以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象,系统地研究了在气相表观速度为0.014～0.283 m/s、液相表观速度为0.007～0.028 m/s、液相黏度为1～40 mPa·s、液相表面张力为0.053～0.072 N/m及固相体积分数为0～30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征．结合本实验系统及相关研究数据,提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型．基于此预测模型,进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响,采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型．结果表明：两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响,相比现有经典平均气含率预测模型,拓宽了适用范围并提高预测精度,其平均绝对百分比...     

沸腾气化炉气化过程的研究

本文简述了沸腾煤气化炉的研制情况和系统流程,探讨了沸腾煤气化的反应机理及煤气成分与沸腾煤气化炉运行参数的关系。试验证明,该文的气化方法具有煤种适应性强、气化强度高、气化炉后处理简单、操作简便等优点。     

加压流化床中影响生物质气化气组成因素的研究

以加压流化床为反应器,锯末为原料,通过测定生物质空气气化产物的组成及其随反应条件变化的规律,确定了生物质结构与生物质气化气组成的关系。在700~850℃的温度范围内,以50℃为增量,考察了温度对气化产品气的影响。结果表明:CO是生物质气化的主要产物,在700~850℃的范围内,CO含量迅速升高,同时H2、CH4和烃类气体(包括CH4、C2H4、C2H2、C2H6、C3H6、C3H8)的含量也有升高,CO2的含量先升高后降低。生物质加压空气气化的实验中,压力从0.5 MPa变化到1.7 MPa,随着压力升高,CO2的体积分数上升,而CO和H2的体积分数下降,CH4和烃类气体的体积分数随压力的升高有上升趋势。生物质空气-水蒸气气化的实验中,水蒸气与生物质质量比mS/mB从1.1变化到2.6,随着mS/mB的升高,CO2,H2的体积分数均有所上升。反应结果表明,升高温度有助于生物质转化为气体;而压力越高越有利于CH4等烃类气体的生成,且随着压力的升高,反应器的处理量增大,反应程度加深;水蒸气的加入,减少了空气的消耗量,并生成了更多的H2及碳氢化合物,改善了产品气的质量。     

流化床水煤气汽化炉返料装置的试验研究

固体物料返料装置是流化床水煤气汽化炉的重要部件 ,针对目前流化床水煤气汽化炉的返料装置存在的固体颗粒循环量调节能力较差的问题 ,自行设计了一种流动密封阀形式的返料装置并进行了试验研究 ,根据试验结果获得了立管内负压差移动床压降的关系式 ,指出了立管最小直径的确定方法 ,建立了水平孔口压差与固体颗粒循环量之间以及物料输送室压降的关系式 ,分析了流动密封阀阻力特性 ,并提出了返料装置设计及校核计算方法 ,为流化床水煤气汽化炉安全稳定运行提供了指导     

旋涡流化床燃烧特性的试验研究

在鼓泡流化床悬浮空间一定高度加入适量的二次风而形成的旋涡流化床燃烧具有高效、低污染、投资少等优点,本文介绍了在一热态试验台上所进行的不同煤种、不同流化速度、床温、二次风率、喷口直径、入射角度等条件下燃烧特性规律的研究。试验结果表明:二次风加入后,流化床内的燃烧特性得到明显改善;细颗粒飞灰含碳量减小6～9个百分点;燃烧效率提高3～6个百分点.     

气化参数对固定床煤高温空气气化的影响

在内径为0.2 m的固定床气化炉试验装置上进行了煤高温空气气化试验研究,考察了气化实际供给的空气量与煤完全燃烧理论所需的空气量之比(α)、气化消耗的蒸汽的物质的量与煤中碳的物质的量之比(ns/nc)、空气预热温度等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化剂的煤气化指标的影响.结果表明,α和ns/nc对气化指标的影响本质上是通过改变气化温度来实现的;α和ns/nc的最佳值分别为0.23~0.25和0.37~0.45;在工艺条件允许的范围内,空气预热温度越高对气化过程越有利.     

流化床气化炉的制气工艺及其在制氢中的应用

提出一种间歇式循环流化床煤制气工艺在我国氢气生产上的应用．该制气工艺由煤的燃烧和气化两个阶段组成,即由预热的空气和过热蒸汽分别进入气化炉内,与煤发生燃烧反应和水煤气化反应．试验表明,对于不同煤种的典型水煤气组分,H2,CO,CO2,CH4体积分数分别为58．81％～61．12％,15．3％～19．5％,8．4％～10．6％,6．83％～6．92％．该水煤气经过变压吸附装置(PSA)及其他系列装置获得最终的产品氢气．氢气的纯度为99．998％,氢气的产率为0．5～0．7m^3／kg(煤),其成本约为0．8元／m^3．日产氢气10000m^3／d规模的设备投资约为900万元．     

并列流化床煤燃烧／煤气化炉系统的实验研究

对双室并列流化床煤燃烧／煤气化煤气发生炉的热态运行进行了实验研究，确定了煤气化系统的点火启动方式，分析研究了系统在热态运行时的操作特性及其存在的问题，并对煤的气化过程进行了实验，结果表明：系统的正常运行是可以实现的．     

循环流化床锅炉煤燃烧效率研究

人们已经认识到飞灰含碳量是燃煤循环流化床锅炉的重要问题．它影响了燃烧损失和锅炉效率．在循环流化床实验台上对六种煤的燃烧进行了研究,与燃用相同煤种的循环流化床锅炉的结果比较,并与热重分析(TGA)数据关联,结果表明,飞灰含碳量不仅受运行参数如床温、过量空气系数、配风情况、床存量及床质量的影响,而且受煤特性影响,煤本身的反应活性是最主要的．利用热重分析(TGA)数据可以预测该燃料在循环流化床锅炉燃烧时的飞灰含碳量。     

双密度层空气重介流化床的研究

对双密度层空气重介流化床的形成和分选过程进行了研究,论证了现有的空气重介流化床难于进行有效的三产品分选,确定了具有锥形过渡段的特殊床型结构,形成了可用于三产品分选的双密度层空气重介流化床.