[发明专利]一种高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的实验装置

说明书

本发明公开了一种CO₂富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的实验装置，包括注入富集CO₂与O₂混合气的高压反应釜、CO₂激光束加热装置、激光过滤器、烟气过滤器、空气泵、气罐以及检测仪器，高压反应釜底部中心设有陶瓷圆盘，煤样放置在陶瓷圆盘上，陶瓷圆盘上方设置一个圆柱形敞口容器，高压反应釜上方设有CO₂激光束加热装置，该装置下部设有激光过滤器，激光经过滤后进入高压反应釜内。利用该装置可以在很短时间内实现对煤样品的快速加热，使煤样的温度很快上升到目标温度，缩短了升温时间，避免了煤的缓慢氧化燃烧，提高了煤的气化效率。同时该实验装置可以在常压或高压下进行实验，以研究不同条件下煤炭的气化效率。

技术领域

本发明涉及一种CO₂富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的实验装置，属于煤气化联合循环发电技术领域。

背景技术

据国际能源数据统计，中国拥有丰富的煤炭资源，可采煤炭储量位居世界第三位，而在二氧化碳排放量中，中国约占全球的19%，其中煤炭火力发电产生的二氧化碳排放量占中国排放总量的30%左右。国际能源机构提议煤作为长期燃料的继续利用应该在有效的碳管理下采用清洁高效的方式。就备受关注的发电技术而言，提高能源效率是二氧化碳减排的杠杆作用之一。当前燃煤发电的科技先进技术面临着两方面的技术挑战：较高的热效率和碳捕集技术。近来，氧燃料(oxy-fuel)燃烧技术在二氧化碳捕集和低排放的发展上取得了重大的突破。煤气化联合循环(IGCC)发电技术结合碳捕集和封存被认为是未来火力发电厂最理想的选择之一。煤气化是一项已经确立了的技术，煤与氧气结合的气化是一种放热反应并生成由一氧化碳(CO)、氢气(H₂)、碳氢化合物(HCs)组成的可燃性气体以及二氧化碳(CO₂)。进一步，通过燃烧炉中燃料气与压缩的空气或氧气燃烧产生的高温高压气体联合气体蒸汽涡轮机发电以获取比当前煤炭火力发电厂更高的热效率。一般来说，煤的高温气化是一个非常复杂的过程，其气化化学反应受着煤阶、气化最高温度、升温速率、反应时间、气体环境、气体压强等因素的影响。

通常，煤的热解时间很大程度上依赖于升温速率，换句话说，煤的热解时间随升温速率的提高而减少。并且，煤和炭的气化反应强度在CO₂/O₂或air的气体环境中随着升温速率的提高而增大。先前课题组利用热重差热分析仪探讨了CO₂浓度和增强的O₂比重对煤气化和燃烧反应活性与气体产物的影响。实验结果显示当升温速率超过了40°C·min^-1时，煤转化主要是以煤气化形式完成而不是煤燃烧。但是，热重-差热分析仪受限于煤加热的升温速率（最大: 50°C·min^-1）是以°C·min^-1而不是°C·s^-1加热。这样，热重-差热分析仪通常要花费数十分钟或者更长的时间达到工业上具有强热辐射的气化炉的气化温度范围1200~1500°C。因此，到达气化温度前长的升温时间势必促进煤的缓慢氧化燃烧因为低的升温速率。