煤焦顆粒高溫氣化活性及反應動力學實驗研究

《煤焦顆粒高溫氣化活性及反應動力學實驗研究》是依託西安交通大學，由劉銀河擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤焦顆粒高溫氣化活性及反應動力學實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉銀河
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

在大型粉煤氣化爐燒嘴附近區域，合理利用煤焦與CO2和H2O的吸熱氣化反應，調控局部的顆粒反應溫度對於防止燒嘴燒壞具有重要意義，迫切需要開展煤焦顆粒在跨灰熔融溫區的高溫條件下的氣化活性和動力學研究。為解決已有煤焦反應活性和動力學研究的固有缺陷，本研究擬在特殊設計的一維攜帶流反應器上採用非接觸光學測量技術，展開對煤焦顆粒在O2-H2O-CO2條件下的異相氣固化學反應動力學參數的原位測量，結合煙氣分析和顆粒採樣、顆粒成分分析和形態表征技術，建立一個綜合考慮C-CO2、C-H2O和C-O2 反應的煤焦高溫氣化和燃燒模型，尋找複雜組分氣體中放熱與吸熱反應的耦合作用，探尋高溫氣化過程中煤焦形貌和結構演化、微晶結構轉變以及熔渣在碳基體上的析出、合併及分離的規律，獲得氣化反應過程中煤焦活性的控制因素。研究結果必將深化對煤焦高溫氣化過程的理解，為清潔高效煤粉氣化與燃燒技術的開發提供理論支撐。

結題摘要

為解決固體燃料高溫熱轉化過程中積灰結渣問題，合理利用固體燃料焦與CO2和H2O的吸熱氣化反應，調控顆粒反應溫度，開展了固體燃料在跨灰熔融溫區的高溫條件下的氣化活性和動力學研究，同時，為解決已有反應活性和動力學研究的固有缺陷，本項目設計了一維攜帶流反應器，搭建了非接觸式光學測量系統，實現對煤焦顆粒在O2-H2O-CO2 條件下的異相氣固化學反應動力學參數的原位測量，結合煙氣分析和顆粒採樣、顆粒成分分析和形態表征技術，建立了一個綜合考慮C-CO2、C-H2O和C-O2 反應的煤焦高溫氣化模型，揭示了複雜組分氣體中放熱與吸熱反應的耦合作用規律，獲得了高溫氣化過程中固體燃料焦形貌和結構演化、微晶結構轉變以及熔渣在碳基體上的析出、合併及分離的規律，提出了“碳骨架-灰骨架”結構演化理論，並探索了殘碳含量對煤灰熔流特性的影響規律及作用機制。此外，研究了以生物質為代表的其他固體燃料熱轉化過程中反應活性的影響因素及變化規律，發現污泥在熱解及燃燒過程中失重的階段性，提出了一種基於DSC-dDSC曲線確定污泥特徵溫度的新方法，得到了不同氣氛對生物質焦-NO還原反應的作用機制。基於上述研究結論，結合熱容流率匹配的方法提出新型X-Cycle電站和集成SAH型電站系統。在旋風爐低氧燃燒實驗系統上進行褐煤半焦在旋風爐中的貧氧燃燒特性實驗，揭示了過量空氣係數、二次風溫和給煤量對旋風爐低氧燃燒特性和污染物排放特性的影響機制。為清潔高效固體燃料的氣化與燃燒技術的開發提供了理論支撐。