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《研究所新型循环流化床气化技术研发取得重要进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者： guokm
  • 发布时间：2019-08-01

  • 近日，研究所循环流化床实验室在廊坊研发中心成功完成2.5t/d耦合飞灰熔融循环流化床气化中试平台热态调试，实现全系统连续稳定运行，系统碳转化率达到96%；与未耦合飞灰熔融时相比，出口煤气热值及煤气量明显提高。

    　　循环流化床实验室长期致力于煤气化技术研发，开发完成的循环流化床煤气化技术具有燃料适应性广、清洁高效、成本低等优点，已实现规模产业化应用。在国家重点研发计划和中国科学院科技成果转移转化重点专项（弘光计划）的资助下，循环流化床实验室提出了循环流化床气化/飞灰熔融耦合工艺，以进一步提高循环流化床气化的碳转化率。研发团队系统研究了气化细粉灰的熔融特性，完成了2.5t/d气化飞灰熔融中试试验，并在此基础上研制了2.5t/d耦合飞灰熔融循环流化床气化中试平台。该平台是循环流化床实验室在2.5t/d循环流化床气化中试平台基础上，耦合新研制的飞灰熔融炉构建而成的中试平台，通过将气化炉产生的气化飞灰通入飞灰熔融炉熔融燃烧，提高循环流化床气化的碳转化率。本次热态调试突破了熔融炉和循环流化床的压力匹配、燃烧反应和气化反应耦合的难题，实现了循环流化床气化炉与飞灰熔融炉的有机耦合，打通了飞灰熔融与循环流化床气化炉耦合工艺流程，将对循环流化床气化的技术升级提供重要支撑。

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  • 《研究所在循环流化床气固流动研究方向取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2020-05-11
    • 循环流化床煤粉气化燃烧过程是一个复杂的多尺度气固流动过程，为了保证系统安全、稳定和高效运行，要对反应器内部气固两相多尺度流动特性进行深入的机理研究，组织合理的颗粒浓度分布，使煤粉颗粒和空气或氧气之间有良好的接触面积和反应时间，以便提高系统运行效率和对过程进行调控。 　　针对循环流化床内部复杂的气固流动，工程热物理所循环流化床实验室开展了基于流体计算和过程层析成像相结合的复杂流动过程研究，研究了煤粉气化过程反应器及气固分离系统内部气固两相多尺度流动特征。数值计算采用MP-PIC方法，基于CPFD计算平台，嵌入EMMS曳力模型。通过三维全循环数值计算分析，获取了反应器内部气固多尺度运动特性，揭示复杂气固流场特性分布及颗粒循环流率变化特性。实验研究通过电容层析成像（ECT），微波多普勒（Microwave Doppler）、压力和光纤信号，结合信号互相关理论，对料腿内颗粒分布状况进行在线实时监测，通过双层电极同步测量和相关性分析，得到颗粒平均流速与循环流率；通过多模式融合测量和数据融合分析，为反应器不同区域提供固体颗粒浓度、速度、压力分布信息；分析获得了循环流化床气固多尺度流动特征。基于计算与测量的融合，获得了复杂炉流动结构下反应器之间固体颗粒质量分配规律，为煤粉气化过程设计和大型化提供在线监测工具和和实验数据库。 　　研究结果表明：数值计算结果可较好地反映流化床加压气固流场特性；颗粒体积分数及速度分布可反映出颗粒经过四个区域的循环状态；床内压降主要集中在底部密相区，要对压力信号进行频域分析需将芯管内外压力信号分别分析；EMMS曳力模型能够准确预测压力和固体浓度径向分布，但在固体通量预测上，较实验值偏低，今后将在模型上开展更深入的研究。通过该研究，得到了加压气固全循环回路详细动力学特征参数分布，包括循环回路压力平衡和密相区颗粒分布特征等关键参数的变化，实现了加压气固返料流率的非侵入式在线测量，为循环流化床加压气化的工业设计提供了重要参数数据。 　　上述研究率先在国际上开展了加压气固流动过程层析成像和CPFD数值计算研究，将电容层析成像、微波多普勒和数值计算融合，实现加压复杂气固流动过程在线测量。研究成果应邀分别在国际流态化化会议(International Conference on FLUIDIZATION XVI, Guilin, China – Keynote speaker)和国际能源会议(Energy Engineering and Powder Technology International Conference, Krakow, Poland – Plenary Speaker)做邀请报告2次。并受国际期刊 Applied Thermal Engineering邀请，撰写气固流动过程层析成像测量综述文章一篇，文章标题“Application of electrical capacitance tomography in circulating fluidised beds – A review” (10.1016/j.applthermaleng.2020.115311)。研究成果分别发表在Powder Technology(10.1016/j.powtec.2020.02.047)、Particuology(10.1016/j.partic.2019.05.002, 10.1016/j.partic.2019.11.003)、Measurement Science and Technology(10.1088/1361-6501/aafd7e)、Transaction of Institute on Measurement and Control(10.1177/0142331219851913, 10.1177/0142331218808857)等期刊上。 　　上述研究得到国家自然科学基金项目(61771455和61811530333)、科技部重大科研仪器项目(2018YFF01013801)、中国科学院重点对外合作项目、英国皇家学会牛顿高级学者基金（Royal Society Newton Advanced Fellowship-NA170124)的资助。
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  • 《研究所在高碱煤气化领域取得重要进展》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2021-03-15
    • 煤炭气化转化利用是煤炭最重要的利用方式之一，也是煤化工的源头，研发煤种适应性强的煤气化技术，是行业企业的重大需求。高碱煤是一种灰中碱性金属含量高（钠、钾、钙、铁）的煤种，在我国储量丰富，尤其是新疆准东地区，预测储量高达3900亿吨，可满足我国煤炭资源使用约一百年。但由于高碱煤灰熔点低，结渣和沾污问题突出，严重制约了新疆准东煤的大规模气化转化利用。 　　研究所循环流化床实验室针对高碱煤气化防结渣技术难题，在北京市科技计划课题“煤气化效率及原料适应性提升关键技术研究”的资助下，开展了循环流化床煤气化防结渣机理和中试的系统研究工作，为高碱煤气化转化利用提供重要解决方案。团队通过对高碱煤气化炉运行的分析，明晰了炉膛和返料器结渣的原因；对高碱煤结渣机理分析，建立了高碱煤物性数据库，提出了高碱煤结渣预测模型和防结渣模型；针对气化炉炉膛结渣瓶颈问题，开发了密相区物料分选耦合反应调控技术、气化剂分级反应过程强化技术；针对返料器结渣问题，开发了防结渣返料技术；基于机理研究、关键技术开发及系统集成，完成了2.5t/d循环流化床高碱煤气化中试验证，实现连续稳定运行，超额完成课题考核指标，通过了专家的现场考核鉴定。以上研究为新疆宜化60000 m3/h循环流化床高钠煤气化装置和贵州宏盛60000 m3/h循环流化床高钾无烟煤气化装置的投运提供了数据支持。 截至目前，团队已在Fuel、Journal of the Energy Institute、Energy & Fuels、Fuel Processing Technology和中国粉体技术等国内外期刊发表科技论文14篇（其中，11篇SCI论文、2篇EI论文和1篇中文核心论文），进行口头学术会议报告2次。
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