磁流体发电种子循环和还原法再生的实验研究.pdf

第 卷第期 年月 东南大 学学 报 ∀ 扭 研究简报 磁流体发电种子循环和还原法再生的实验研究 蓝计香金保升李大骥唐楚明杨明珍徐跃年 热 能工程研究 所 磁流体发电由于使用种子使得它在现代工业条件下得以实现 , 也由于钾的优良的捕硫性 能 , 使之具有低污染的特性 然而 , 由于钾盐价格昂贵 , 它在电站中的循环使用成为估价磁 流体发电特别是嫩煤磁流体发电经济性的核心 , 我国钾资源贫乏 , 实现钾种子的良好循环显 得更为重要 燃煤磁流体发电的种子循环系统 燃煤磁流体一蒸汽联合循环电站的种子循环系统 , 一般由添加 、 发电 、 高温回收 、 低温 热 空 气或富气 回收 、 分离 、 再生 、 补充以及制备等部份组成 , 预计的一 种流程如图所示 若以 为种 子 , 添加到约 ℃的燃 煤燃烧室中 , 经 升 华 、 分解 、 电离而获得等离子体燃气 , 经通道发 电后 , 进人蒸汽锅炉 当温度 降至 ℃开始逐步凝结成细 微的钾盐粉末 一 料 , 锅炉在回收热量 的同时也回收了部分 种子 烟气在排人大气前 , 通过专设的 回收装置 静电收尘器收集尚存的种子 锅炉收集的煤渣 和种子可以经分离后循环使用 , 也可与静电收尘 器收集的种子混合后进人再生系统 , 恢复其脱硫 图 燃煤磁流体一蒸汽联合循环 发电的种子系统 然烧室 发电机 了 祸炉 静电除尘器 添加 石 朴充制备 分离系统 再生系统 能力 , 再生后的种子添加到燃烧室中 , 从而完成种子的循环过程 循环中损失的钾应该得到 补充 , 补充的钾盐可以专门制备 , 也可以用夭然钾矿添加到燃烧室或者锅炉里来实现 循环系统种子损耗及其技术经济分析 循环系统的种子损耗将直接影响电站运行的经济性 , 如果将种子损耗用等价的燃料 标 准煤补偿来分析 , 则可得 △叮 △叮 附才 式中 , △, 为相当于种子损失价值的燃料损失率 , △奴 为循环系统种子损失率 , 甲为发电系统种子流率按计 , 叭为发电系统燃料煤流率 , 为种子价格按计 , 元 为燃料煤价格 , 元 本文于朋年月收到 东南 大 学学报第加卷 种子损失率 △叮 种子循环系统的钾种子损失分别来自烟气排放 、 熔渣排放 、 再生加工 、 制备加工及其它 机械过程损失 排烟损失 田纳 西大学空间研究所 〔’〕 的运行数据表明 , 静电除尘器 效率可达 一 , 今取损失率为 熔渣中损失 燃烧室如果排渣 熔渣中钾损失 平衡计算值一 〔‘〕 燃烧室不排渣的 钾损失为 一 , 采用酸硷洗回收其中的”一 的钾 ‘’ 卿与煤渣生成较难 回收的硅 铝酸钾 , 因此 , 若取熔渣带出钾为 , 回收率取 , 则熔渣排放损失为 再生过程损失 这部份钾损失量与燃料含硫量及再生方法有关 根据有关资料分析 〔’一〕 甲酸盐法的 钾损失率为 左右 , 煤还原法可达 以下 按化学当量计算表明 , 进人通道的燃气含 量为 , 对应燃煤 中的含硫量可达 , 若燃用含硫 的煤 , 那么再生的钾量为 如果选用煤还原法再生种子并取其钾损失率为 , 则再生过程的钾损失为 芦二 其它损失 包括不经再生过程的钾盐分离损失 以及其它制备损失 , 合计 较为理 想的预计值 上述各项总计▲叮 约为 种子和燃料煤流率比甲 哟 用 于发电的燃气中含嚎变化范围较大通常为 一 , 因此 , 对不同的燃 煤电站 , 甲 畴之值有所不同 , 对标准煤及燃气含钾量 而言 , 其值可取 种子与瀚料煤的单价比人 钾盐价格与国家资源 、 加工成本 、 运输费用等因素有关 , 我国可溶性钾资源缺乏 , 而不 溶性钾矿钾长石和明矾石资源却很丰富 根据当前国家所定价格并考虑到其可能变化的范 围 , 若以抓化钾转化补充损失的钾 , 可取 由此按前式计算得 △叮 , 叮 一 若电站效率为 , 则因钾损失引起相当于效率降低 这粗略的估算表明 , 钾 种子损失将对 电站的经济性带来重大的影响 因此燃煤磁流体设置的种子循环系统必须力求 把种子损钱降到最低限度 种子再生方法的选择 种子再生是种子循环系统的重要组成部份 , 它的能耗将达到电厂热翰人的 一 , 投 资可达总投资的 再生种子的方法甚多 , 但尚无一种方法可以用于磁流体发电 选择用 于 发电的再生方法应考虑的主要因素是钾回收率 , 建造和操作费用 , 运行的安全 可靠性 , 去除或者忍受杂质的能力 , 加工过程中排出物的综合利用 , 以及方法开发的时间能 否适应建造电厂的需要 叭 ‘不 卜‘卜‘ ‘们 “仆 胭 犷。, 址币 界 “引 胜 上 冬 第期 篮计香等 磁流体发电种子循环和还原法再生的实脸研究 美国能源部现阶段支持研究的三种再生方法是 。 公司的煤还原法 一 法 〔 , 的甲酸盐法 。法’ , 和 公司的 甲酸钙法 法 〕 将三种方法和各种特性进行比较示于表 表 美国三种再生方法的特性比较 特性 一 煤还原法 公司 甲酸盐法 建造投资比 运行费用比 最大转化率 可能损失率 硫的综合利用 原料来源 操作条件的要求 技术成熟程度 可生产硫磺 丰富 高温 开发还原炉 产生废石膏 丰富 高温高压 相对成熟 甲酸钙法 公司 产生废石膏 受限制 常压常温 相对成熟 由上表并根据跟踪研究的原则 , 选择碳煤还原法改进的 法作为主要的研究 对象 煤还原硫酸钾的实验 开发还原炉是公司煤还原再生种子的技术关键 , 静态还原小试验可以为还原炉的 结构和操作条件提供重要依据 当硫酸钾和煤的混合物加热到高温时 , 发生下列反应 个 一 仁 ∀ ∃ 个2 K Zso一 4 co K Zs 4 C o Z 个 3 大部分硫酸钾是按 l 式的反应被还原 的 , 在更高的温度时 , 由于C O尹C ZC o 体系的 平衡向右移动 , 部分还原过程也按式2 或式3 进行 , 同时还伴随有煤的简单燃烧反应 , 在 实验室条件下 , 由于反应区域氧气含量较高 , 燃烧反应尤为显著. 静态还原试验是在箱式马费炉中进行的 . 试验用K Zso; 和还原煤分别磨碎至 10 0 目 , 按预定的配比 , 称取总量40一5 0 9 置于瓷柑蜗中 , 反应后物料的K ZSo; 用BasO ; 重量分析 法测定 , K Z s 用碘量法测定 , 而K 2C 03采用 酸碱滴定法分析 . 试验用工业硫酸钾纯度 9 7 . 7 5 , 还原煤属肥煤 , 干燥后工业分析数据列于表2. 表2还原煤分析数据表 水份挥发份灰份低发热值碳含量 / / / / J 9 - 1 / 0 . 1 333 . 0619 . 3926 0 847 . 32 K Z S 仇还原过程的转化率与物料配 比 、 还原时间 、 反应温度及其它操作条件有关 . 东 南大 学学报第加卷 4 . 1 硫酸钾 、 煤粉配比和转化率的关系 选取硫酸钾和煤中C的不同配比 , 在恒温 3 0 m in 达到预定温度后的条件下进行还原反 应所得转化率数据示于表3及 图2中 . 可以看到 , 当摩尔比达到 1 7以后有较高的转 化 率 , 较之达到完全还原的理论配比1 2 高.显然 , 煤粉的部分燃烧消耗了一部分碳 , 这在 生产条件下可基本避免 . 表3熔烧恒沮 3 0 .加的转化率 退 序号 123456 8仪℃ 9 X ℃ K 声o’/以摩尔幽 转化率/ K声0 。/ C 摩尔比 转化率/ l 2 5 4 .72 l2 58.90 l4 6 4 . 7 3 l4 75.05 l 6 7 2 . l6 87.22 l8 81.2 0 l8 89.80 l9 8 1.7 0 l 9 89.77 l10 79 .5 0 l10 87.28 \娜 护井 9用℃ /才 ” ’、 30min 7 0 / 势牟寨 I1 13 1517 19 日洲 80 】以沁 K Zso , C康尔比 反应沮度/℃ 图2原料配比和转化率的关 系图3反应温度与转化率的关系 4 . 2 还原反应温度的选择 温度控制是重要的反应条件 , 较高的反应温度使钾盐处于熔融状态 , 固体煤还原硫酸钾 的过程得以加速进行 . 一定配比和反应时间下 反应温度与转化率的关系示 干 图3 . 荞 / 斧敬汉 4 . 3 反应时间对转化率的影晌 物 料配比 19 , 在 85 0℃和90 0 ℃温度条 件 , 恒温时间对转化率的影响示于图4 . 反应时间 1 0 20 m i n , 转化率上升较快; 0 . 5 h以后 , 转化 率开始有所降低 , 主要 由于在实验室条件下 , 炉内 氧气含量难以控制 . 造成部分K Zs 被氧化成K Zso; 之故. 4 . 4 添加石灰石的影晌 反应时 间/ m栩 图4 反应 时间对转化率的影响 添加石灰石时 , 按下式生成e as K Zso 4 2ccaC O , K Zc o 3 C a s2 C0 个在 850℃ 恒温 25 m in , K 2 s0 4 C 摩尔比为l 8的条 件下 , 不同石灰石加人量对转化率的影响数据 列于表4 . 显然 , 石灰石的加人能降低熔点 、 且能大幅度提高转化率 . 实验室静态试验表明 , 在原料配比摩尔 比K Zso; C 为 18一 19 , 熔烧温度为 表4肠O℃恒温2 S 。加配比18 添加石灰石的转化率 序号 123 KZSO 一 C aC O , l 1 011 . 51 2 . 0 转化率/ 94.7498.7798.93 仑 第2期蓝计香等磁流体发电种子循环和还原法再生的实验研究1 27 9 00一9 50℃ , 熔烧时间为 2 0 一3 0 m i n 的条件下可以获得较高转化率 , 这为模拟试验提供了 基础 . 5 结论 a. 燃煤磁流体发 电种子损耗将影响电站运行的经济性 , 为降低发电成本必须设置有效 的循环系统 , 各工序应经济合理 、 技术先进 , 有尽可能高的种子回收率 , 以使种子损失率降 至能被接受的程度. b. 再生装置是种子循环系统的重要组成部分 . 静态还原试验表明 , 煤还原法再生燃煤 磁流体发电种子能够实现硫酸钾的有效转换 , 操作简单 , 投资较少 , 原料易得 . c. 减轻种子循环对磁流体发电的经济性的影响 , 除应尽量减少钾损失外 , 可采用钾长 石加人到幅射锅炉中 , 使天然钾长石矿的矿化作用消除 , 而后另行加工或者使其中钾升华蒸 发来补充钾损失 , 同时又可充分利用电厂各部的热量能级 , 不失为解决我国磁流体发电技术 中种子来源的一个有吸引力的途径 . 参考 文 献 Sheth A C , S o lo m on R C e t a l . M HDs e e d reeover y an d re g e ner at io n b a s cd on th e f o r m a teP r oe e s s . UTSI , RCCO P ro e o f A IAA 2 6 th A er o s P a e e S e ie nee s Me e tin g , R c n o N a v a d , 1988 B er na d e tt c M K r u m re i eh . S ee dr e g e ne r a tio n f o reoa lf l re d M HD P o w e r Pla n ts . Th e B a b eoe k a n d W i ] e ox C o . D oe u m en t , N o . DOE/CH/10018 一7 1 , 1985 M e ”rsR A etal.T R W c c onos cedProeessf orM H Ds ced r eg c neration.T R W A PPI Tc ch D ivision , P r o e o f t h e 26 th SEA M , N a s h v i l l , T c nn e s s ee , 1988 Th e S ee dR ee y c l ea n dTh e E x P e r m en t a lR e s ea r c h o fS ee d R e g e n era t i on w ithC oa lR e d uc t i o n M e t h o d f o r C oa l 一 Fi re d M H DG ener a tio n L an J ixi a ”9 JinB ao she n L iD a j 1 T a n g C u 脚ingYang M ingzhen X u Y a nn l’a n T hem oener gy E ng ine c ring R es eareh In stitute A bstractT he en ’cet of s eed10 55ra一e in an M H D se ed r e cyele o no Perat i n g eeon o m y of powerstatio n 15 a na ly ze d . T he n e ee ssary s e班r c ey c le systemin aeoal 一 n r e d M H D 一 ste a m c o mbin e d eye le an d th e w ayo f so lving M HD s c c d reso u re e p ro b lemi n Chin a ares u gg e ste d . T h e lab o ra to 卿 experimentsusing s c edregeneration witheo alredu etionandtesting msults ar c alsoPresente d . K ey wo rd。 m agn eto h州rodynam ie罗neration , scc d , r e邵ner a tion/eoalrcduetion