煤基多聯產系統(tǒng)的全生命周期評價及關鍵問題研究.pdf

1、近年來，我國經濟快速發(fā)展對能源的需求急速增加，煤炭生產與利用的快速增長為社會經濟持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻，同時也導致了嚴重的環(huán)境問題，并引發(fā)了一系列的社會經濟問題。開發(fā)對煤炭資源清潔高效轉化的新一代煤利用技術對我國社會經濟的進一步發(fā)展具有極其重要的意義。
　　 煤基分級轉化多聯產是新一代煤炭轉化利用技術的代表，將煤利用的多個工藝作為一個整體考慮，將整體效率最優(yōu)化，從而實現煤炭高效低污染利用。多聯產系統(tǒng)理論缺乏全面和深層次研究，還沒

2、有形成完整的理論體系，相關理論研究滯后于工程應用發(fā)展。除了電力之外，多聯產系統(tǒng)的一次產品還主要包括裂解氣化生成的半焦和低熱值煤氣及合成氣。為了提高系統(tǒng)的總體效益，半焦的綜合利用，和低熱值煤氣及合成氣的燃燒就成為煤分級利用多聯產技術發(fā)展的兩個關鍵問題。
　　 本文系統(tǒng)地對煤基分級轉化多聯產系統(tǒng)及各項先進的煤利用技術從資源、環(huán)境和經濟效益等方面進行全面的評估。對象包括:超超臨界煤粉爐(PC)發(fā)電技術、整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術(IG

3、CC)、循環(huán)流化床(CFB)發(fā)電技術、循環(huán)流化床(CFB)分級轉化發(fā)電技術、超超臨界煤粉爐(PC)分級轉化發(fā)電技術。結果表明，IGCC技術具有十分清潔高效的特點，但是投資成本高。直接燃煤技術投資少，但對環(huán)境的影響較大。煤的分級轉化技術則實現了在充分提高能量效率的基礎上，對污染物的排放也得到了非常有效的控制，并且投資成本僅有小幅度的提高，有利于推廣和商業(yè)化運作，具有很好的應用前景。
　　 對于半焦的綜合利用，本文以我國典型褐煤為原

4、料，利用裂解提質得到的半焦制備了高品質水煤漿，漿體濃度均超過65％，且具有“剪切變稀”的流變特性及良好的穩(wěn)定性。傅里葉紅外光譜對樣品的測量結果顯示，隨著裂解溫度的提高，樣品親水性含氧基團減少，褐煤的成漿性能得到了顯著的改善。
　　 低熱值煤氣及合成氣的燃燒方面，本文采用試驗測量與數值模擬結合的方法研究了低溫等離子體中的O3活性分子對合成氣燃燒的強化作用和機理。實驗建立了以熱流量法為核心的燃燒測試平臺，準確測量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓?/p>

5、最小誤差0.478 cm/s，平均誤差＜1cm/s。此外，我們搭建了GRI-Mech3.0+Ozone、USC Mech(Ⅱ)+Ozone和Davis H2/CO-O3三種臭氧強化燃燒的機理，對合成氣的一維絕熱層流火焰進行了數值模擬，并與試驗結果進行了對比分析。研究結果表明，O3對合成氣火焰有顯著的強化作用，強化效果隨臭氧濃度的升高呈接近線性的提高，而且O3在貧燃與富燃區(qū)域對火焰的強化效果比速度峰值附近更為顯著。O3能夠加速支鏈反應，提