循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性，采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明，生物质焦和煤焦的反应活性依次增大，其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下，生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中，比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果，实验结果表明，混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化，气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

生物质流化床富氧气化的实验研究

在常压流化床装置上进行了生物质在富氧条件下定向气化的实验研究。实验主要考察了氧的当量比和氧体积分数对气化气组成、碳转化率和气体热值的影响。当量比值是与温度紧密联系的一个量，本实验主要通过调节进料量来改变它的值，随着当量比的变化（0.21～0.29），燃气成分也会改变，其中变化最大的是H2、CO。H2体积分数显著增加，CO和CH4体积分数有降低的趋势，使燃气热值降低；氧体积分数是富氧气化过程中较重要的参数，在实验研究的范围内，发现增大氧气体积分数可以提高H2体积分数及有利于调节H2/CO(体积分数)的比值。当氧气体积分数从21％提高到45％，H2体积分数从20％增加到27.7％，H2/CO(体积分数)从0.38增加到0.75，比较接近合成液体燃料的气体比值。     

两段式固定床富氧－水蒸气气化实验研究

以玉米芯颗粒为原料在两段式固定床气化装置上进行了气化实验,考察了当量比ER、富氧浓度OC和水蒸气配比S/B对气化温度、气化气组分、低位热值、气体产率、气化效率和碳转化率等参数的影响,并比较了两段式固定床与传统下吸式固定床的气化特性。实验结果表明,当量比为0.27时H₂的体积分数、CO的体积分数和气化效率达到最大值;增加富氧浓度能优化气化效果,但富氧浓度大于90%后,燃气质量和气化效率均提高不大;增加S/B能提高H₂的体积分数,但同时会降低CO的体积分数、气体热值、气化效率;当S/B为0.6时,氢气的体积分数达最高值33.3%,H₂/CO比为1.32;相比于传统固定床,两段式固定床气化可明显提高气化温度、氢气的体积分数、碳转化率和气化效率,降低焦油含量。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究 Ⅰ.操作气速、固体循环速率对循环流化床气化反应的影响

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器上，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速、固体循环速率）的气化反应。研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小、固体颗粒循环速率的增加而增加。即在ＣＦＢ床中，提高气体、固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行。ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅲ.同鼓泡流化床(BFB)气化反应的对比

为了更进一步了解ＣＦＢ气化能力和碳利用率，本文报道了两种煤焦（西山焦煤飞灰，神木煤）以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在小型鼓泡流化床上进行气化反应的研究，并与相同气化条件下的循环流化床气化数据进行了比较。研究结果表明：在相同直径气化反应装置上，相同的气化条件下，循环流化床（ＣＦＢ）的气化碳转化率、气化强度远远高于鼓泡流化床（ＢＦＢ）的气化结果，但ＢＦＢ的煤气中可燃气组成高于ＣＦＢ的。ＣＦＢ气化反应装置更适合于生产中、低热值煤气。     

煤和生物质共气化制备富氢气体的实验研究

在煤处理量为8kg/h的小型流化床反应器上,以富氧空气和水蒸气为气化介质,对煤和生物质共气化制取富氢燃气进行了实验研究。在850℃～1 050℃主要考察了空气当量比、水碳比、生物质比例和生物质种类对燃气组成和气体产率的影响。结果表明,对煤和稻草混合体系,稻草质量比为33%时,空气当量比增加,CO2含量显著增加,H2、CO和CH4含量减少,气体产率增加;水碳比增加,CO2和CH4含量增加,CO和H2含量减小,气体产率先增加后减小;生物质比例增加,CO2、H2和CH4含量增加,CO含量降低,气体产率先增加后减小,当生物质比例小于50%时,可以实现体系的稳定运行。对于三种不同的煤与生物质混合体系,煤与高粱秆共气化所得煤气中H2含量最高,气体产率的顺序为:煤/木屑煤/高粱秆煤/稻草煤。实验中H2在煤气中的体积分数最高可达37.25%,最大产率为0.54m3/kg。     

流化床气化炉带出细粉非机械返料机构研究

对非机械返料机构（流动密封阀式）在流化床气化炉上的应用进行了研究。结果表明，流动密封阀式返料机构同样可以在流化床气化炉上应用；在返料室截面积、供料室截面积、水平孔口面积比为1∶1∶0.5时，通过流化风、松动风或侧吹风的组合充气获得了良好的开启、运行及调节性能；同时考察了压力对返料机构运行的影响；最后得到了适合流化床气化炉非机械返料机构操作的经验公式，试验值和计算值符合较好。对改进流化床气化炉循环返料系统和提高气化炉碳转化率提供了理论指导和设计参考。     

循环流化床（CFB）煤／焦气化反应的研究：I.操作气速,固体循环速率 …

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速，固体循环速率）的气化反应，研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小，固体颗粒循环速率的增加而增加，即在ＣＦＢ床中，提高气体，固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行，ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

气流床粉煤气化的Gibbs自由能最小化模拟

用Gibbs自由能最小化方法对粉煤气化过程进行了热力学平衡分析。对一混合煤种，在3.0 MPa和气化温度限制在1 200 ℃～1 450 ℃时，研究了氧-煤比、蒸气-煤比对气化炉出口气体组成、温度和有效气产率的影响，并由此确定了可行的操作域是氧-煤比545m3/t～605 m3/t、蒸气-煤比为152.64 kg/t～313.92 kg/t及其对应的工艺指标。从操作域中选择有代表性的工艺条件为氧-煤比578 m3/t、蒸气-煤比为187 kg/t，对应的气化炉出口温度1 358 ℃，CO+H2干基体积分数为91.5%，有效气产率为2.123(CO+H2)m3/kg。同时，研究了碳转化率和热损失对气化工艺指标的影响，其影响是显著的。     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

生物质流化床气化焦油析出特性的研究

生物质气化中焦油的存在严重地影响了气化设备的正常运行。为了了解生物质流化床气化过程中焦油的析出和脱除特性,以花生壳、稻草以及木屑为原料,采用流化床气化反应系统,研究了气化温度(750℃～850℃)、空气当量系数(0.15～0.35)以及催化剂(白云石、橄榄石与菱镁矿)的添加等对气体产物中焦油的析出组成特性的影响,并采用色谱 质谱联用仪对焦油的主要成分进行了分析。实验结果表明,随着温度的升高,焦油的量快速降低;催化剂的添加也有类似的结果。这说明高温和催化剂有利于大分子焦油的催化裂解。     

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型（英文）

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一：随表观气速的增大，气泡数目增加，气泡体积增大，压力波动增强；气速越高时均压降越大；在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。     

射流流化床煤气化炉中气固流动和传热、传质的CFD模拟研究

通过双流体模型对射流流化床煤气化炉进行了CFD（Computational Fluid Dynamics,计算流体力学）模拟。模拟着重分析了流化床气化炉气固流动的特性和传质、传热过程。结果表明,流化床中气固两相的传热、传质过程与气体和颗粒的运动特性密切相关。     

灰熔聚流化床气化炉的CFD模拟研究

通过CFD模拟了灰熔聚流化床气化炉，考察了操作条件包括中心管氧气量、分布板水蒸气量以及操作压力对流化床气化炉的气相浓度分布的影响。剖析了不同操作条件对化学反应的影响，解释了其对气化炉产气组成的作用原理。     

污水污泥流化床气化焦油的化学组成分析

以空气为气化剂、并通过GC-MS分析,研究了污水污泥流化床气化时气化温度（650、750和850 ℃）和污泥性质对污泥气化焦油产率及其化学组成的影响。结果表明,污泥气化焦油产率随气化温度的升高而降低,且厌氧消化污泥气化焦油的产率比未消化污泥的低。污泥气化焦油中的化学组成可分为五类：脂肪族化合物、脂环化合物、芳香烃、芳香烃衍生物和杂环化合物。随气化温度的升高,A²/O工艺的未消化污泥气化生成的焦油中脂肪族化合物和脂环化合物的产率均明显降低,芳香烃衍生物的产率则有显著地提高,而芳香烃和杂环化合物的产率均先增加后减少。气化温度为650 ℃时,活性污泥法消化污泥气化焦油中五类有机物的产率均低于未消化污泥的,而A²/O工艺消化污泥气化焦油中芳香烃产率高于未消化污泥的,其他四种有机物的产率则均低于未消化污泥的。     

PVC塑料流化床气化试验研究

为开发城市生活垃圾低污染流化床气化与旋风燃烧熔融技术，研究了垃圾中广泛存在的PVC塑料在流化床内的气化特性与污染物生成机理。不同温度和过量空气系数下进行了流化床PVC气化试验，分析了不同工况对PVC中Cl转化为HCl的影响。实验结果表明，反应高于600 ℃、过量空气系数大约0.4时，Cl转化为HCl的选择性达到95％以上；气化效率达到22％～25％，气化气热值达到2 000 kJ/m3～2 300 kJ/m3。反应高于700 ℃，PVC流化床气化生烟量明显减少，过量空气系数0.6时，生烟量减少到PVC质量的10％左右。提出的HCl析出与生烟机理较好地解释了试验结果，为城市生活垃圾气化熔融技术提供了相关基础数据与污染物生成及控制方法。     

气固流化床内射流特性的研究

采用Brandani等的数学模型模拟了中心射流宽度为0.01m的二维气固流化床(高1.6m、宽0.3m)内鼓泡和射流的瞬态及时均流体动力学特性。一种典型的Geldart B颗粒――砂子(粒径为500mm、密度为2660kg/m3)作为研究的模拟物料。瞬态结果表明，床内射流产生和发展、射流崩塌后所形成气泡尺寸以及全床内的气体速度场和空隙率均存在明显的非对称性，但是由压力信号功率谱密度得到的时均压力特性则有较好的对称性。因此，对于商业化稳定运转的射流床，可以用半床模拟结果近似解释整床特性；然而，在考察射流床的瞬态特性时，半床模拟结果与整床结果存在明显偏差。     

粉粒流化床中松木生物质热解特性的研究

通过冷模实验考察了双颗粒流化床的流化特性。结果表明,在适宜的气速范围内,双颗粒流化床层内部可保持较好的流化状态。松木生物质在粉粒流化床反应器中的热解和催化热解实验结果表明,生物质热解时挥发分的释放存在一个最快的温度区域,生物质中约92%的挥发分在723 K时即可释放完全。773 K时,生物质热解产物中的无机气体(IOG)、低碳烃气体(HCG)和碳氢化合物液体(HCL)的收率之和只有3.1%。随着热解温度的升高,IOG、HCG和HCL的收率均逐渐增加,1 173 K时,其收率之和达到58.7%,且产物主要以CO为主。CoMo-B催化剂可有效促进生物质催化加氢热解产物的二次气相反应,在863 K下可得到6.3%,轻质芳烃化合物(苯、甲苯、二甲苯和萘)是1 173 K下非催化过程的两倍。