文章编号：０２５３－２４０９（２０１４）０９－１０２５－０８
收稿日期：２０１４－０６－２６；修回日期：２０１４－０７－２２。
基金项目：国家自然科学基金（２１１７６０７８）；国家高技术研究发展计划（８６３计划，２０１２ＡＡ０５３１０１）；国家重点基础研究发展规划（９７３计
划，２０１０ＣＢ２２７００４）。
联系作者：于广锁（１９７０－），教授，从事水煤浆气化和碳一化工过程研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｓｙｕ＠ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
本文的英文电子版由Ｅｌｓｅｖｉｅｒ出版社在ＳｃｉｅｎｃｅＤｉｒｅｃｔ上出版（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ／ｊｏｕｒｎａｌ／１８７２５８１３）。多喷嘴对置式水煤浆气化炉内固体颗粒微观特性研究
孙利军，龚 岩，郭庆华，于广锁
（华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室，上海 ２００２３７）
摘 要：气化炉内固体颗粒微观结构特性对气流床气化过程中熔渣、粗渣和细渣的形成具有重要影响。基于多喷嘴对置式水煤浆气化实验，对典型工况（Ｏ／Ｃ原子比为１．０）下气化炉轴向不同位置的固体颗粒进行取样，利用氮气等温吸附法和扫描电子显微镜对颗粒孔隙结构和微观形态进行研究。结果表明，气化炉内固体颗粒典型形态为不规则多孔状和规则球状，喷嘴平面有少量致密性不规则颗粒和中空颗粒。从喷嘴平面沿气化炉轴向向下，随着气化反应的进行，颗粒表面愈加粗糙，孔隙结构愈加发达。颗粒吸附曲线属于ＩＩ型等温线，迟滞回线属于Ｈ３型回线，表明颗粒具有大量裂缝形孔和较连续的完整孔系统。比表面积和孔容积均随着与喷嘴平面距离的增加而增大，而平均孔径逐渐减小，在喷嘴平面附近变化幅度较大。孔结构以孔径小于１０ｎｍ的孔为主，随着气化反应的进行颗粒中小于１０ｎｍ的孔逐渐增多，而大于１０ｎｍ的孔分布状态变化不大。关键词：多喷嘴对置式气化炉；固体颗粒；孔隙结构；微观形态
中图分类号：ＴＱ５４１ 文献标识码：Ａ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｏｐｐｏｓｅｄｍｕｌｔｉ－ｂｕｒｎｅｒｇａｓｉｆｉｅｒ
ＳＵＮＬｉ－ｊｕｎ，ＧＯＮＧＹａｎ，ＧＵＯＱｉｎｇ－ｈｕａ，ＹＵＧｕａｎｇ－ｓｕｏ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｆｌｕｉｄｓｌａｇ，ｃｏａｒｓｅｓｌａｇａｎｄｆｉｎｅｓｌａｇｄｕｒｉｎｇｅｎｔｒａｉｎｅｄ－ｆｌｏｗｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｅｎｃｈ－ｓｃａｌｅｏｐｐｏｓｅｄｍｕｌｔｉ－ｂｕｒｎｅｒ（ＯＭＢ）ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｅｒｅｓａｍｐｌｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｘｉａｌｄｉｓｔａｎｃｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｇａｓｉｆｉｅｒｃｈａｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ（ｏｘｙｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎａｔｏｍｉｃｒａｔｉｏａｔ１．０）．ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇＮ２ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｃｏｍｐｒｉｓｅｄｍａｉｎｌｙｏｆｐｏｒｏｕｓｉｒｒｅｇｕｌａｒｐａｒｔｉｃｌｅａｎｄｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅ，ａｎｄｆｅｗｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄａｔｂｕｒｎｅｒｐｌａｎｅｐｅｒｆｏｒｍａｓｄｅｎｓｅｉｒｒｅｇｕｌａｒａｎｄｈｏｌｌｏｗｓｈａｐｅ．Ａｓｔｈｅｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｅｄｓａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｇａｓｉｆｉｅｒ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｃｏｍｅｓｒｏｕｇｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ．ＴｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓａｍｐｌｅｓａｒｅａｌｌｔｙｐｅＩＩ，ａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｍｐｌｅｓｃｏｎｓｉｓｔｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｐｏｒｅｓ．ＴｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｓａｒｅＨ３－ｔｙｐｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｐｏｒｅｓ．ＢＥＴｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｂｕｒｎｅｒｐｌａｎｅ，ａｎｄａｖｅｒａｇｅｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒｇｒａｄｕａｌｌｙｒｅｄｕｃｅｓ，ａｎｄｌａｒｇｅｒｃｈａｎｇｅｓｏｃｃｕｒｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆｔｈｅｂｕｒｎｅｒｐｌａｎｅ．Ｔｈｅｍｅｓｏｐｏｒｅｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０ｎｍｖａｒｙａｐｐａｒｅｎｔｌｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｓｆｒｏｍｔｈｅｂｕｒｎｅｒｐｌａｎｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｐｏｒｅｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎ１０ｎｍａｒｅａｌｍｏｓｔｕｎｃｈａｎｇｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｐｏｓｅｄｍｕｌｔｉ－ｂｕｒｎｅｒ（ＯＭＢ）ｇａｓｉｆｉｅｒ；ｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ；ｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
煤气化是煤炭资源清洁利用的有效方式，大型
气流床煤气化技术具有转化率高、处理量大和煤种
适应性强等优点，广泛应用于煤基大宗化学品合成、
ＩＧＣＣ发电、制氢等行业中，是发展和促进这些行业
的公共技术、关键技术和龙头技术［１，２］。由华东理
工大学和兖矿集团合作开发的具有自主知识产权的
多喷嘴对置式（ＯＭＢ）气流床水煤浆气化技术，经过
多年来的推广与工业应用，取得了良好的社会和经
济效益［３］。截至目前，世界各国在建和运行的气化
炉装置已达９５台。煤的气化反应属于典型的气固非均相反应，反应的进行势必会影响气化炉内固体颗粒的微观结构，使孔隙结构不断发生变化。固体颗粒结构在气化炉内随着气化反应进行不断演变直至转化成熔渣、粗渣和飞灰，对气流床气化炉的正常连续运行具有重要影响，一方面，是其所含的残碳直接影响碳转化率；另一方面，是飞灰的形成对合成气的净化过程具有重要影响［４，５］，另外熔渣的稳定排出也是气化第４２卷第９期
２０１４年９月燃 料 化 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｅｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４２Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２０１４