煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研究

重庆市自然科学基金计划项目立项申请书项目名称煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研究所属专项其他申报单位（签章）重庆大学申请者陈艳容联系电话[phone]组织部门重庆大学起止年限2008年7月至2010年6月填报日期2008年3月9日重庆市科学技术委员会二ΟΟ八年元月制填写说明请不要修改本申请书模板中表格的结构，结构的改变可能导致申报系统拒绝受理。1、凡申报重庆市自然科学基金计划的项目须填写此立项申请书。2、立项申请书由项目的主承担者填写，经项目主承担者工作单位审查同意后，一般项目一份、重点项目一式七份(含查新报告)并附申报软盘一张报送重庆市科委。3、填写申请书前，请先查阅《重庆市自然科学基金计划项目管理办法》及有关规定，其中重点项目应围绕当年“项目指南”内容撰写。4、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。5、项目组主要成员本人应在申请书上亲自签名以示同意合作。6、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。7、所有申报材料恕不退还，请注意留底。8．自然科学基金项目分两个个层次给予资助：（10或20万元）、一般项目（3万元）。9．项目负责人具有良好的信誉和完成项目的能力，无逾期未结题的科技项目，在研科技项目不超过1项，且同一年度内只能申请1项市级科技项目。10．项目负责人应当具备《重庆市科技计划项目管理办法》规定的基本条件。一、基本信息项目名称煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研究所属专项其他承担单位重庆大学组织部门重庆大学单位地址重庆市沙坪坝区沙正街174号邮编400030单位性质11.高等院校2.科研院所3.企业4.其它工商注册登记类型11.国有2.集体3.股份合作4.联营企业5.有限责任公司6.股份有限公司7.私营企业8.港澳台商投资企业9.外资企业10.其它企业单位法定代表姓名李晓红联系电话65105590手机[phone]单位传真65106704项目负责人姓名陈艳容联系电话65103114手机[e-mail]身份证号码350582197602295541项目主要合作单位计划类别11.自然科学基金2.院士专项项目主要服务行业51.农业2.制造业3.电子信息4.医药化工5.交通、能源6.建筑建材7.冶金8.轻工纺织9.社会事业10.其它项目所属技术领域81.电子信息2.生物医药3.现代农业4.环境保护5.新材料6.光机电7.交通8.能源资源9.社会事业10.其它项目研究所属主要学科一级学科代码及名称二级学科代码及名称三级学科代码及名称代码：480名称：能源科学技术代码：48070名称：二次能源代码：4807010名称：煤气能起止时间2008.7-2010.6总投资3万元申请资助3万元主要研究内容(限100字)通过改变煤层气和煤矸石的混烧比和一、二次风配比等工况，对其在循环流化床内的气-气-固混合燃烧进行数值模拟及实验研究，研究混合燃料的温度场、浓度场特性及燃烧效率，进一步改进数学模型，为循环流化床整体结构优化和运行控制参数的确定提供参考。预期成果形式或达到的目标(限100字)建立煤层气和煤矸石混合燃烧的数学模型；得到混合燃料在循环流化床内的流场、温度场和浓度场特性及燃烧效率；确定煤层气燃烧器布置及运行控制参数，优化混合燃烧技术，提高燃烧效率。在中文核心期刊或CSCD核心期刊发表论文2～3篇，培养硕士研究生1~2名。注：此简表的选择项均为单选项。学科代码及名称按国家标准（可在市科委网站上查询）至少填至二级学科。二、项目组主要成员（含项目负责人）编号姓名出生年月学历专业技术职称工作单位联系电话从事专业项目中的分工每年工作时间(月)签字1陈艳容1976.2博士讲师，博士生重庆大学65103114燃烧与环保研究方案、技术路线122冉景煜1968.12博士教授重庆大学65103114燃烧与环保混烧特性理论研究103杨仲卿1984.1学士博士生重庆大学65103114动力工程及工程热物理混烧数值模拟研究104王裕明1968.1博士高级工程师重庆大学65103114热能工程实验测试95牛立祥1982.11学士硕士生重庆大学65103114热能工程实验台改进及实验研究106杨屏1986.3学士硕士生重庆大学65103114热能工程实验测试107张志荣1975.6硕士博士生重庆大学65103114燃烧与环保研究分析、报告编制等10三、经费预算（单位:万元）经费来源预算经费支出预算科目预算数科目预算数其中市科技计划拨款部分1、市科技计划拨款3.01、设备费0.60.62、国家部委拨款2、材料费0.50.53、行业主管部门拨款3、测试化验加工费1.01.04、区县科委拨款4、燃料动力费0.20.25、单位自筹5、差旅费0.20.26、其他资金6、会议费0.20.27、国际合作与交流费8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.50.59、劳务费10、专家咨询费11、管理费来源预算合计3.0支出预算合计3.03.0市科技计划预算拨款年度2008年2009年2010年合计经费3.0注：1、市科技计划资助强度为：一般项目3万元，重点项目10或20万元。2、一般项目不得提取管理费。四、申请书正文参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，主题突出。（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据（重点项目须附主要参考文献详细目录）随着工业和国民经济的快速发展以及人们生活水平的提高，对能源需求的日益扩大以及由此带来的环境污染也日趋严重，可以说能源与环境成为当今社会发展的两大问题。由此发展高效，低污染的清洁燃煤技术是当前亟待解决的问题。洁净煤技术(CleanCoalTechnology，简称CCT)的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。我国煤炭开采和利用的特点决定我国的洁净煤技术含盖从煤炭开采到利用全过程。按照国务院1997年批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》，中国洁净煤技术包含四个领域、十四项技术：煤炭加工领域；煤炭高效燃烧与先进发电技术领域；煤炭转化领域；污染排放控制与废弃物处理领域[1]。而其中的污染排放控制与废弃物处理领域，包括煤层气的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用是其中一个很重要的环节。煤层气和煤矸石是煤炭开采过程的伴生物，目前我国每年由煤炭生产而释放的甲烷达14～24亿m3,矿区煤矸石每年的排放量约为1.5～2亿吨[2-3]。这些废弃物的大量排放既污染环境，又造成了资源的浪费，实践表明，深入开展煤层气和煤矸石的综合利用，既节约煤炭资源，又减少环境污染。因此世界各国都在积极进行这方面的研究，但研究的侧重点各有不同。在煤层气利用的研究方面，对煤层气的开发技术方面研究较多，也有一些对纯烧煤层气技术或者煤层气和煤粉在煤粉炉中混烧技术的研究；在煤矸石在利用的研究方面涉及的范围较广，其中与本项目相关的主要是混合燃料在循环流化床的混烧方面的研究，比如煤矸石和洗煤泥或生物质在循环流化床中等的混烧，还有一些是低热值高炉煤气与煤在循环流化床中混烧的研究。但对于煤层气和煤矸石混烧的循环流化床技术所作的研究较少。我国拥有丰富的煤层气和煤矸石资源，但目前对煤层气和煤矸石资源开发利用程度及利用效率都比较低，工业化应用也比较少，迫切需要优化设计符合工业规模化应用的煤层气和煤矸石清洁高效利用系统，从源头实现工业污染的防治。煤层气和煤矸石混烧的稳定性和燃烧效率是急需解决的重要问题。从目前的文献资料来看，对煤层气和煤矸石混烧的循环流化床技术方面的研究甚少，目前的研究主要针对煤矸石的热解特性、煤矸石燃烧特性、煤层气的成分及燃烧特性等方面的分析，对其在循环流化床中的混烧也作了一定的研究，但在煤矸石和煤层气的掺烧比、燃烧器的布置方案以及锅炉运行参数控制等方面有许多问题有待于优化，燃烧的稳定性和燃烧效率还有待于进一步提高。因此，本项目对提高煤矸石和煤层气混烧技术完善具有较高的研究价值。总之，本项目拟对煤层气和煤矸石混烧技术在循环流化床中的应用进行数值模拟与实验研究，课题的研究成果可为煤层气和煤矸石在循环流化床的混烧技术提供理论基础和设计指导。合理地对煤层气和煤矸石资源进行高效清洁的综合利用，不仅可以缓解我国能源短缺的问题，而且对改善我国的能源消费结构，提高我国洁净能源的利用率，保护人类的生存环境，保证我国经济的可持续发展均具有十分重要的意义。煤层气与煤矸石综合利用现状国外对煤矸石的处理有比较健全的法规和管理办法，基本实现了无害化处理。主要用途是回填采空、作为建筑工程填料、筑路造地、回收有用成份及作燃料、建筑材料和改良土壤等用[4-6]。我国利用煤矸石已有几十年的历史,近年来由于对环保工作的重视和科学技术的进步,煤矸石资源化综合利用取得了很大的发展,正朝着产业化的方向迈进。但我国对煤矸石资源化的总体水平还不高,部分经济效益不佳。根据煤矸石化学组成及性质的不同,主要利用途径供热发电、生产建筑材料、复垦及回填矿井采空区、生产农肥及化工产品[7-9]。煤矸石发电以循环流化床锅炉为主要炉型，主要原因流化床燃烧有以下优点[10-11]：燃料适应性广，能燃劣质煤；在燃烧过程中能有效控制有害气体NOX和SO2的产生和排放；燃烧热强度大，能缩小炉膛体积；床内传热能力强，能节省受热面的金属消耗；负荷调节性能好，且调节范围大；灰渣可以综合利用等。煤层甲烷(又称煤层瓦斯或煤层气)是与煤共生，开采煤炭时从煤体内析出。它是一种优质能源，但同时又是煤炭开采的一种主要灾害，其大量排空对全球环境变化(温室效应)有较大影响[12-13]。目前世界上主要产煤国对煤层甲烷的资源化开发利用程度较高，主要方法是地面钻井开采。美国1993年煤层气的产气井有5000余口，产气量达到207亿立方米。我国煤层气的开发利用程度还很低，主要是采取井巷抽放，但气体利用价值低，地面开采尚处于探索研究阶段，正在开展示范工程并与国外进行合作勘探[14-16]。在煤矸石综合利用、燃烧技术及工业化应用方面，已经有许多研究机构和高校都开展了这方面的研究。早在70年代，浙江大学[17-22]就开始煤矸石石燃烧技术的开发，先后研制成功10t/h石煤双床飞灰循环流化床锅炉，35t/h煤研石循环流化床锅炉等，并已进行75t/h、130t/h、220t/h时劣质煤循环流化床锅炉的设计。在开发单一燃料的流化床锅炉的同时，浙江大学还十分注重多种燃料的流化床混烧技术的研究和开发，进行了洗煤泥和煤研石、洗煤泥和中煤等的混烧研究，针对煤泥的特点提出了和开发了以洗煤泥结团燃烧和异重流化床运行为主要内容的洗煤泥流化床燃烧技术，开展了煤泥煤矸石流化床内的混合特性、燃烧特性和污染物排放和控制方面的研究，并已得到工业验证和应用，如四川省永荣矿务局永川煤矿电厂的20t/h循环流化床锅炉（1994年）和永荣矿务局电厂的35t/h循环流化床锅炉（1995年）。同济大学[23]、中国矿业大学[24]等高校都对煤矸石的化学组成及性质进行分析研究，指出煤矸石的综合利用主要途径及综合利用中存在的问题，分析了我国煤矸石综合利用的发展方向。杨巨生等[25]分析煤矸石用于75t/h循环流化床锅炉实行热电联产节能环保效益及灰渣的利用，提出进一步综合利用的措施，指出运行实践表明循环流化床锅炉混燃煤矸石和洗中煤进行热电联产，具有良好的节能及环保效益，并可对灰渣综合利用。煤矸石热电厂消耗的是工业废物煤矸石，产出的是优质的电能、热量及建筑材料等产物，随着运行经验的积累及技术的进一步运用，其节能及环保效益将更加明显。殷庆勇等[26]分析煤泥、煤矸石的特点，结合循环流化床技术的特性，指出混烧煤泥、煤矸石的循环流化床锅炉的技术结构特点。宋忠喜等[27]研究了掺烧高炉、焦炉煤气，对按纯燃煤设计的CFBB所产生的影响，研究表明掺烧煤气对循环流化床的影响主要是对旋风分离器分离效率的影响和受热面布置的影响。因此在设计中保证旋风分离器的分离效率，调整受热面