第5"卷第1期2021年1月
BOILER TECHNOLOGY
Vol.52,No.1
Jan.,2021
陈世通，江晶亮，弓卫军
（上海锅炉厂有限公司，上海200245）
充气浴池
摘要：气流床气化技术是当前主流的煤气化技术，而已有的气流床气化炉一般采用悬浮气化，气化强度难以继续提高$通过在自主设计的旋风渣膜气化炉实验系统上，对潞安烟煤的旋风渣膜气化特性进行了实验研究，主要研究了运行负荷、蒸汽煤比对气化炉的气化温度、冷煤气效率、碳转化率等气化特性参数的影响规律$实验结果表明：潞安烟煤在旋风渣膜气化炉中具有良好的煤气化效果$
关键词：旋风渣膜气化炉；潞安烟煤；气化特性；实验研究
中图分类号:TQ546文献标识码：A L章编号：1672-4763（2021）01-0021-05
0前言
在我国化石能源剩余可采总量中，煤炭占有绝对优势，因此，其必将成为我国能源供应最重要的来源之一$2017年，在我国一次能源结构中，煤炭消费所占比例高达60.49%1。煤气化技术是一种高效、清洁的将煤炭转化为煤气的洁净煤技术23$在未来相当长时间内，煤炭气化技术将是洁净煤技术发展的主要方向之一。煤气化技术的广泛应用、技术优势及发展潜力，推动了对煤气化技术的研究[45]$大力开展清洁、高效煤气化技术的研究，积极推进煤气化技术的发展，为相关能源化工系统提供清洁、优质煤气$实现煤炭资源的清洁、高效利用，降低传统能源利用所带来的环境污染问题，实现生态与经济的可持续发展已经成为我国迫切需要解决的一个问题$
旋风气化技术是基于旋风燃烧技术的特点结合气化技术原理而形成的一种全新的气流床气化技术，该气化技术集气化和除尘为一体，为洁净煤利用技术家族注入新的活力$
本文利用自主设计的旋风渣膜气化炉实验系统对潞安烟煤进行了气化特性研究，主要研究了运行负荷和蒸汽煤比（即水蒸气与煤的质量比）对气化炉的气化温度、冷煤气效率、碳转化率等气化特性参数的影响规律$1实验研究
本研究中旋风渣膜煤气化实验是在实验室搭建的小型实验系统上进行的，实验系统主要包括气化炉本体、给粉系统、点火系统、气化剂供给系统、合成气采样分析系统和温度数据采集系统等，见图1$
管式炉
水蒸气
才发生装置—
*t膏式炉
给粉机1
一、二次风A炉膛方向径向切面示意图
图1渣膜气化实验系统示意图
实验中，磨制成的煤粉（粒径&200&m）通过螺旋给料机沿一次风管，由一次风携带沿气化炉切向方向进入气化炉内；去离子水在蒸汽发生器内生成水蒸气后，与氧气混合均匀后一起通过二次风从气化剂管进入气化炉内$煤粉在气化炉内做强烈的旋转运动，一部分小颗粒煤粉即在高速旋转气流中完成气化反应，较大颗粒的煤粉则被旋转气流甩在炉膛的内壁面上，附着于炉膛内
收稿日期：2020-05-28；修回日期：2020-08-05
作者简介：陈世通（1988-），男，工程师，主要从事化工设备设计及市场推广工作$
22锅炉技术第52卷
壁面上的熔渣上完成气化反应。炉膛岀口处设有采样管，采样合成气经过干燥和过滤之后通入气体分析仪进行CO、H2、CO2、O2等气体组分的检测并由电脑进行数据采集。
1.1实验煤样
本文的实验研究样品为潞安烟煤，经过破碎、研磨、筛分、干燥后，选用粒径范围&200&m 的煤粉作为实验样品。潞安烟煤的元素分析和工业分析见表1，其灰成分分析见表2。
表1潞安烟煤工业分析和元素分析
项目数值
#/%24.4
#\/% 6.83
$”/%&86
%/%38464
FC,』/%50447
s’”/%0.14
Q w/（MJ・kg1）22.36
Q g,/（MJ・kg1）23495
Q jw/（MJ・kg1）17406
C”/%49478
H”/%241
N”/%0.46
O”/%13.97
表2潞安烟煤的灰成分分析
项目数值
SOW%36.75
A12O3/%16.32
Fe^/% 6.46
C6O/%27.54
MgO/% 2.74
N62O/% 2.90
K2O/%0.24
TOM%0.94
sO3/% 3.70
DT/C1140
ST/C1180
HT/C1190
FT/C1200
1.2实验过程
本卧式旋风渣膜气化实验中炉内操作压力为常压，炉内温度控制在1270C左右，采取氧气和二氧化碳混合送粉:CO2(体积比)=20%：80%，一次风的温度为常温，总流量为20.3L/min,—次风管内径为5mm；二次风为氧气和水蒸气的混合流体，二次风的温度为；00K左右(126.85°C)，二次风管内径为；mm。
本旋风渣膜煤气化实验具体的工况设定参数详见表3。
表3旋风渣膜煤气化实验工况工况运行负荷/(kg・h1)氧煤比蒸汽煤比
160.7041
290.7041
312047041
415047041
518047041
621047041
7604504127.5g bt
86046041
96047041
106048041
116049041
129044041
139045041
149046041
159047041
169048041
179049041
1890470
199047041
2090470.15甲基丙烯酸烯丙酯
219047042
229047043
2结果分析
2.1变负荷特性研究
针对潞安烟煤的气化试验，设定氧煤比为0.7，蒸汽煤比为0.1，对给煤速率为6kg/h、9kg/h、12kg/h、15kg/h、18kg/h、21kg/h时的气化特性进行研究
。
第1期陈世通，等：基于旋风渣膜气化炉的潞安烟煤煤气化特性实验研究23
从图2中可以看岀，当运行负荷在6〜9kg/h
之间时，随着运行负荷的增加，CO和H2含量都
有所减小；当运行负荷在9〜15kg/h之间时变
化量较小；当运行负荷在15〜21kg/h之间时，
随着运行负荷的增加，CO和H2含量不断减小。
从图2中还可以看岀，在给煤速率为9〜15
kg/h范围内，合成气中其他组分的浓度也都非
常稳定，表明气化炉在此范围内有着较好的变
负荷特性$
100l r90
681012 14 16182022
运行负荷/(kg-h-1)
图4运行负荷对气化炉温度的影响
95
90
85
碳转化率80
75
冷煤气效率80 70 60 50
70-
-
---------------------------------------------------------40
6810121416182022
运行负祷/(kg•h-1)
图3运行负荷对碳转化率和冷煤气效率的影响
从图3中可以看岀，随着运行负荷的增加，当运行负荷在6"9kg/h之间时，碳转化率和冷煤气效率有一个较大幅度的下降；当运行负荷在9〜15kg/h之间时碳转化率和冷煤气效率小幅下降，在12〜15kg/h基本保持稳定；继续增加运行负荷，碳转化率和冷煤气效率不断减小。从图3中还可以看岀，低运行负荷(给煤速率为6kg/h)下，气化炉的碳转化率和冷煤气效率很高，碳转化率达到95］左右，冷煤气效率达到87%左右$这主要是由于此时炉内参与反应的煤粉量较少，大部分的煤粉可以附着在渣膜上进行反应，反应较为完全，因此气化效果较好。当给煤速率大于9kg/h时，随着风速的提高以及给入炉内的煤粉量的增多，造成部分煤粉无法着膜，未完全反应就随合成气排出炉外，碳转化率和冷煤气效率下降$此时，运行负荷的增加对气化炉的运行效果体现在2个方面：停留时间和湍流强度$当运行负荷在9〜15kg/h之间时，2个因素达到了一个稳态的平衡，气化效果较为稳定$当运行负荷在15〜21kg/h之间时，进入炉内的煤粉量过多，部分煤粉未能反应就被排岀炉外，导致碳转化率和冷煤气效率都开始下降$
图4为潞安烟煤实验中运行负荷对气化炉温度的影响，图中1〜6编号分别对应布置在炉膛上部的6支热电偶$可以看岀，运行负荷的增加导致反应放热量的增加，使气化炉的温度升高，气化炉温度随着运行负荷的增加而增加$
2.2蒸汽煤比特性研究
在煤气化实验中，水蒸气作为气化剂不仅会与煤粉发生水蒸气分解反应生成H"、CO等有效气体，还会与产物发生变换反应生成H"和CO"；同时水蒸气的加入量还会影响气化炉的运行温度$
微波功率放大器烟煤试验中，在给煤速率为9kg/h、氧煤比为04，蒸汽煤比为0.00〜0.30时，煤气组分的变化见图5$
0.000.050.100.150.200.250.30
蒸汽煤比
图5蒸汽煤比对合成气组分的影响
从图5中可以看岀，随着蒸汽煤比增加到0.1以后，CO含量不断下降，H"含量先上升后降低,CO"含量不断升高$这是因为随着蒸汽煤比的增加导致水蒸气分解反应加剧,CO和H"的绝对量增加；同时蒸汽煤比增加造成变换反应程度加剧，造成CO"和H"含量增加,CO量减少$由于H"O的大量加入，造成H"和CO相对含量降低，因此H"相对含量先增加后减小
$
24锅炉技术第52卷
疋翹蜩口田¥耍
0.0 0.1 0.2 0.3
蒸汽煤比
图8蒸汽煤比对合成气温度的影响
图6所示为蒸汽煤比对碳转化率和冷煤气
效率的影响。
65
605550454035
冷煤气效率
碳转化率
90858075
兀 砧
0.3:
25
O.2015
05
0.00.00图6蒸汽煤比对碳转化率和冷煤气效率的影响
从图6中可以看岀，当蒸汽煤比小于0.15
时，碳转化率和冷煤气效率分别稳定在90%和
65]左右$当蒸汽煤比大于0.15时，随着蒸汽
煤比的增加，碳转化率和冷煤气效率急剧降低$ 当蒸汽煤比小于0. 15时，碳转化率和冷煤气效 率变化不大，其原因可能是烟煤在使用前未进行
干燥处理，吸收了空气中的水分，变相地增大了
蒸汽煤比，使得碳转化率和冷煤气效率在初始条 件下就达到了 90%左右，后续蒸汽煤比的增加无 法产生太大的影响$当蒸汽煤比大于0.15后，
大量H "O 的加入导致气化炉内温度显著降低，
从而使得煤粉反应性降低，碳转化率降低，冷煤
气效率也相应降低$
图7、图8分别为蒸汽煤比对气化炉温度以及 合成气温度的影响。图中1〜6编号分别对应布置
在炉膛上部的6支热电偶。由图中可以看岀，气化 炉温度以及合成气温度都随着蒸汽煤比的增加而 减小。主要原因是随着水蒸气的不断加入，未分解
的水蒸气会带走气化炉内更多的显热，使得气化炉 内的温度下降，合成气温度也随之下降。
3结语
本文在卧式旋风渣膜气化炉实验系统上进 行了潞安烟煤实验研究$主要研究了运行负荷、 蒸汽煤比等因素对潞安烟煤气化特性的影响$
(1) 潞安烟煤气化在一定范围内有较好的变
负荷特性$气化炉运行负荷在9〜15 kg/h 时，合
成气组分中有效气体(CO+H ")的含量变化较 小，碳转化率和冷煤气效率也基本保持稳定，表 明此运行负荷范围内，潞安烟煤在卧式旋风渣膜
气化炉中有着较好的变负荷特性$
(2) 烟煤气化中蒸汽煤比不宜过高$当蒸汽 煤比小于0. 15时，蒸汽煤比的变化对气化炉合 成气中有效气体(CO+H")含量影响不大，对碳
转化率和冷煤气效率影响也较小；当蒸汽煤比超
过0. 15，有效气体(CO + H")含量不断减小，碳转 化率和冷煤气效率也急剧降低，气化效果恶化; 同时，蒸汽煤比的增加，会使气化炉温度下降，不
利于液态排渣$因此在保证气化炉炉内高温下 适当选取蒸汽煤比参数有利于获得较好的气化 效果$参考文献：
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第1期陈世通，等：基于旋风渣膜气化炉的潞安烟煤煤气化特性实验研究25
碱性水机
Experimental Research on Characteristics of Lu'an Bituminous Coal Gasification Based on Cyclone Slagging Gasifier
木工艺品制作CHEN Shitong,JIANG Jingliang,GONG Weijun
(Shanghai Boiler Works Co.,Ltd.,Shanghai200245,China)
Abstract:Entrained flow gasification technology is the m ain coal gasification technology, and suspended gasification is generally applied in the existing entrained flow bed gasifiers wheee it is hard to enhanee intensity of gasification.In this paper,the experimental study on the cyclone slag film gasification characteristics of Lu'an bituminous coal was carried out on the experimental system of the cyclone slag film gasifier designed by ourselves,and it is ma nly stud ed that theInfluence law of the operat ng load and the rat o of steam to coal gas ongasfcatoncharacterstcparameterssuchasgasfcatontemperature!coldgase f cency!
carbon conversion rate and so on.The experimental results show that Lu O n bituminous coal has good coal gasification effect in the cyclone slag film gasifier.
Key words:cyclone slag film gasifier%Lu'an bituminous coal%gasification characteristics% experimentalresearch
(上接第20页)
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Numerical Simulation Calculation of Heat Transfer of Steam Generator in Tower Type Concentrated Solar Power Station with Molten Salt
JIANG Jingliang,GU Lei,CHEN Shitong
(ShanghaiBoiler WorksCo!Ltd!Shanghai200245!China)
Abstract:Inthispaper!numericalsimulationisadoptedforthestudyoftheheattransfer process calculation of the steam generator in the steam generation system(SGS)of50MW towertypeconcentrated solar power(CSP)station with molten salt Thiscalculationis carried out with3D numeric simulation by Fluent and reasonable assumptions,and the results showthatcomputernumericalsimulationisabletoreflecttheactualheattransferprocessof steam generator,and gives a favorable fitness with traditional theoretical calculation, commercialsoftwareandexperimentaldata4Also!itisindicatedthatnumericalsimulation calculation is able to be an effective method for the performance design and optimization of CSP steam generator.
Key words:steam generator%thermodynamiccalculation%numericsimulation
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