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《华东理工大学》 2017年
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煤气化系统中碱(土)金属元素的迁移分布及能量优化研究

谢安东  
【摘要】:煤气化技术是实现煤高效清洁利用的关键技术,然而煤中碱(土)金属元素会在煤转化过程中释放、迁移,进而引发一系列问题。本文通过实验研究了煤中碱(土)金属元素的释放特性及其在气化系统中的分布、富集情况,并通过过程系统能量优化方法,对煤气化系统热能综合利用及含盐废水排放进行了模拟和优化。在马弗炉和高频炉装置上分别进行了煤灰化、热解及气化实验,研究碱(土)金属元素的释放特性。结果表明:碱(土)金属元素K、Na、Ca、Mg释放率均随着实验温度的上升而逐渐增大,温度对K、Na元素释放的影响较大,Ca、Mg的释放受温度的影响较小,K、Na释放率高于Ca、Mg。K、Na主要在热解和气化过程初期释放,Ca、Mg在气化过程的释放率大于热解过程释放率。对多喷嘴对置式水煤浆、GE水煤浆和Shell粉煤气化装置进行取样分析,研究了碱(土)金属元素在气化系统中的分布及富集特性。结果表明:水煤浆气化系统中,碱(土)金属元素在气化系统出口物流中的分布情况是粗渣细渣废水;Shell粉煤气化系统中分布情况为粗渣飞灰细渣废水。水煤浆气化系统中K、Na主要向细渣中富集,而Shell粉煤气化系统中K、Na主要向飞灰中富集,Ca、Mg无明显的富集趋势。通过模拟计算,对气化系统黑水处理单元热能综合利用及含盐废水回收进行了研究。结果表明:当高温黑水回用比为0.5时,高温黑水回用工艺可将系统总热效率由90.65%提高到93.58%,合成气水气比由0.80提高到0.99,循环水用量降低45.64%;废水蒸发工艺可将外排含盐废水减少25.09%。
【关键词】:煤气化 碱(土)金属 释放 迁移分布 能量优化
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X784;TQ546
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-13
  • 1.1 研究背景及意义10-11
  • 1.2 研究内容11-13
  • 第2章 文献综述13-28
  • 2.1 气流床气化技术13-14
  • 2.2 煤中碱(土)金属元素14-18
  • 2.2.1 碱(土)金属元素存在形式14-16
  • 2.2.2 碱(土)金属元素的分析检测方法16
  • 2.2.3 碱(土)金属元素对煤转化过程的影响16-18
  • 2.2.3.1 碱(土)金属元素对煤转化过程的积极影响16-17
  • 2.2.3.2 碱(土)金属元素对煤转化过程的危害17-18
  • 2.3 煤中碱(土)金属元素的迁移转化18-25
  • 2.3.1 碱(土)金属的迁移转化规律18-23
  • 2.3.2 影响碱(土)金属元素迁移转化的因素23-24
  • 2.3.3 碱(土)金属元素的脱除24-25
  • 2.4 气化废水及渣水处理系统能量综合利用25-28
  • 2.4.1 气化废水排放及处理26-27
  • 2.4.2 气化渣水处理系统能量综合利用27-28
  • 第3章 碱(土)金属元素在煤灰化、热解及气化过程的释放特性28-44
  • 3.1 实验原料28
  • 3.2 实验装置及流程28-30
  • 3.2.1 马弗炉灰化实验28-29
  • 3.2.2 高频炉热解、气化实验29-30
  • 3.3 实验分析及计算30-33
  • 3.3.1 实验分析仪器30-31
  • 3.3.2 碱(土)金属元素的测定方法31-32
  • 3.3.3 化学逐级提取32-33
  • 3.4 实验结果与讨论33-42
  • 3.4.1 煤中碱(土)金属元素在缓慢灰化过程的释放特性33-35
  • 3.4.1.1 灰产率计算33
  • 3.4.1.2 灰化过程释放率计算33-35
  • 3.4.1.3 煤灰的XRD分析35
  • 3.4.2 煤中碱(土)金属元素在热解过程的释放特性35-39
  • 3.4.2.1 热解焦产率计算35-36
  • 3.4.2.2 热解过程释放率计算36-37
  • 3.4.2.3 热解过程中碱(土)金属元素赋予形态的变化37-39
  • 3.4.3 热解半焦中碱(土)金属元素在气化过程的释放特性39-42
  • 3.4.3.1 气化半焦转化率39-40
  • 3.4.3.2 气化过程释放率计算40-41
  • 3.4.3.3 气化过程中碱(土)金属元素赋予形态的变化41-42
  • 3.5 本章小结42-44
  • 第4章 煤中碱(土)金属元素在气化系统中的分布特性44-61
  • 4.1 气化工艺流程及运行参数44-46
  • 4.2 样品采集及实验分析46-47
  • 4.2.1 样品采集46
  • 4.2.2 样品分析46-47
  • 4.3 气化系统元素平衡分析47-49
  • 4.4 气化系统元素分布特性49-52
  • 4.5 气化系统元素富集特性52-53
  • 4.6 煤中碱(土)金属在气化过程中的形态变化分析53-59
  • 4.7 本章小结59-61
  • 第5章 气化系统黑水处理单元能量优化与废水回收61-72
  • 5.1 气流床黑水处理单元工艺流程61-63
  • 5.2 气化黑水系统流程参数及模拟设置63-65
  • 5.3 模拟结果与分析65-71
  • 5.3.1 高温黑水过滤回用分析65-68
  • 5.3.1.1 能量利用分析65
  • 5.3.1.2 合成气水气比分析65-66
  • 5.3.1.3 循环水用量分析66-67
  • 5.3.1.4 系统离子浓度分析67-68
  • 5.3.2 含盐废水蒸发回收分析68-71
  • 5.3.2.1 含盐废水减排分析68-69
  • 5.3.2.2 多效蒸发效数分析69-71
  • 5.4 本章小结71-72
  • 第6章 结论与展望72-74
  • 6.1 结论72-73
  • 6.2 课题展望73-74
  • 参考文献74-80
  • 致谢80-81
  • 在读期间学术成果81

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