煤氣化細(xì)粉灰的循環(huán)流化床燃燒試驗(yàn)研究

【摘要】：流化床煤氣化技術(shù)是煤清潔高效利用的主要技術(shù)之一,受煤氣化反應(yīng)速率等因素影響,流化床煤氣化爐尾部帶出的煤氣化細(xì)粉灰碳損失較高,導(dǎo)致煤氣化的碳轉(zhuǎn)化率降低。綜合利用煤氣化細(xì)粉灰成為制約流化床煤氣化工藝進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)瓶頸。對(duì)煤氣化細(xì)粉灰進(jìn)行再燃利用可以提高煤炭轉(zhuǎn)化率,煤氣化細(xì)粉灰具有粒徑超細(xì)、灰分高、揮發(fā)分幾乎為零等特點(diǎn),其燃燒反應(yīng)活性較差、著火及燃盡溫度高,常規(guī)煤粉爐及循環(huán)流化床鍋爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)煤氣化細(xì)粉灰的高效燃燒。本文系統(tǒng)研究煤氣化細(xì)粉灰的燃燒特性、硫與氮元素的轉(zhuǎn)化特性,主要結(jié)論如下：化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)決定了煤氣化細(xì)粉灰的燃燒特性。煤氣化細(xì)粉灰經(jīng)歷了循環(huán)流化床煤氣化過(guò)程,孔隙結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)發(fā)生變化。以位于聊城及宿遷的循環(huán)流化床煤氣化爐產(chǎn)生的煤氣化細(xì)粉灰為研究對(duì)象,利用激光粒徑分析表征了煤氣化細(xì)粉灰的粒徑分布,利用低溫氮吸附技術(shù)對(duì)煤氣化細(xì)粉灰進(jìn)行了孔徑分布和比表面積測(cè)試,利用熱重分析儀考察樣品來(lái)源和粒徑等對(duì)煤氣化細(xì)粉灰燃燒特性的影響,獲得了煤氣化細(xì)粉灰的燃燒特性指數(shù)和活化能。研究結(jié)果表明,原煤的燃燒特性指數(shù)均明顯高于對(duì)應(yīng)的煤氣化細(xì)粉灰；兩種煤氣化細(xì)粉灰的取樣位置略有差異,聊城煤氣化細(xì)粉灰包含了一部分布袋除塵器分離飛灰,因此粒徑更小,其比孔容積為宿遷煤氣化灰的2.3倍,孔隙結(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá),比表面積更大；聊城煤氣化細(xì)粉灰的燃燒特性指數(shù)高于宿遷煤氣化細(xì)粉灰,除了二者的組分有所差異之外,更大的比表面積和更為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)也有助于其著火和燃盡。煤氣化細(xì)粉灰中硫與氮元素含量較高,掌握煤氣化細(xì)粉灰燃燒過(guò)程硫與氮的轉(zhuǎn)化機(jī)理對(duì)于污染物的排放控制至關(guān)重要。利用X射線光電子能譜儀(XPS)對(duì)比分析了原煤及對(duì)應(yīng)的煤氣化細(xì)粉灰中硫和氮的賦存形態(tài),考察了原煤經(jīng)循環(huán)流化床煤氣化轉(zhuǎn)化為煤氣化細(xì)粉灰的過(guò)程中硫和氮的賦存形態(tài)及含量的變化,利用熱重-質(zhì)譜聯(lián)用儀(TG-MS)研究了煤氣化細(xì)粉灰燃燒過(guò)程S02和NO的生成特性。結(jié)果表明,煤氣化細(xì)粉灰中的硫和氮元素的結(jié)合能高于對(duì)應(yīng)的原煤,燃燒過(guò)程中SO2和NO的釋放溫度也高于原煤；煤氣化細(xì)粉灰中硫化物硫和硫酸鹽硫減少,噻吩硫和亞砜硫增加；各形態(tài)氮含量均降低,不同形態(tài)氮元素的析出率不同。在掌握了煤氣化細(xì)粉灰的理化特征、燃燒特性和污染物排放特性的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了煤氣化細(xì)粉灰的循環(huán)流化床燃燒試驗(yàn),通過(guò)改變二次風(fēng)口位置、二次風(fēng)份額、流化速度等,考察了提高煤氣化細(xì)粉灰燃燒效率、控制NO與S02排放的關(guān)鍵因素,對(duì)比研究了不同煤種的煤氣化細(xì)粉灰的燃燒特性。研究結(jié)果表明,兩種煤氣化細(xì)粉灰均可以在循環(huán)流化床內(nèi)穩(wěn)定燃燒,且燃燒效率均超過(guò)了98%,二次風(fēng)的合理布置、更高的料腿二次風(fēng)份額以及更長(zhǎng)的爐內(nèi)停留時(shí)間有助于提高煤氣化細(xì)粉灰額燃燒效率,提高旋風(fēng)分離器的分離效率可以提高煤氣化細(xì)粉灰的燃燒效率。 【關(guān)鍵詞】：煤氣化細(xì)粉灰 循環(huán)流化床 燃燒特性 硫與氮轉(zhuǎn)化
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ546
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 符號(hào)表10-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 課題研究背景及意義14-19
• 1.2 本學(xué)科領(lǐng)域研究現(xiàn)狀19-25
• 1.2.1 理化特性研究20-22
• 1.2.2 燃燒特性研究22-24
• 1.2.3 煤氣化特性研究24-25
• 1.3 研究目的及研究?jī)?nèi)容25-27
• 1.3.1 研究目的25-26
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容26-27
• 第二章 煤氣化細(xì)粉灰的理化特征及燃燒特性研究27-49
• 2.1 引言27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)樣品27-29
• 2.3 粒徑及孔隙結(jié)構(gòu)分析29-34
• 2.4 熱重實(shí)驗(yàn)分析34-47
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件34-35
• 2.4.2 燃燒特性表征35-39
• 2.4.3 熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析39-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 第三章 煤氣化細(xì)粉灰硫與氮元素轉(zhuǎn)化分析49-58
• 3.1 引言49
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)49-50
• 3.3 結(jié)果分析及討論50-56
• 3.3.1 硫元素轉(zhuǎn)化分析50-53
• 3.3.2 氮元素轉(zhuǎn)化分析53-55
• 3.3.3 粒徑對(duì)硫與氮元素賦存形態(tài)的影響55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 第四章 煤氣化細(xì)粉灰的循環(huán)流化床燃燒特性58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 試驗(yàn)物料58-59
• 4.3 循環(huán)流化床中試平臺(tái)59-62
• 4.3.1 中試平臺(tái)介紹59-61
• 4.3.2 煙氣分析61-62
• 4.4 燃燒試驗(yàn)條件62-63
• 4.4.1 宿遷煤氣化細(xì)粉灰工況62
• 4.4.2 聊城煤氣化細(xì)粉灰工況62-63
• 4.5 結(jié)果分析63-71
• 4.5.1 二次風(fēng)口位置對(duì)煤氣化細(xì)粉灰燃燒的影響63-64
• 4.5.2 料腿二次風(fēng)份額對(duì)煤氣化細(xì)粉灰燃燒的影響64-65
• 4.5.3 流化速度對(duì)煤氣化細(xì)粉灰燃燒的影響65-66
• 4.5.4 宿遷煤氣化細(xì)粉灰燃燒效率及排放分析66-68
• 4.5.5 聊城煤氣化細(xì)粉灰燃燒效率及排放分析68-71
• 4.6 本章小結(jié)71-72
• 第五章 結(jié)論與展望72-74
• 5.1 主要結(jié)論72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及參與課題78-79
• 致謝79

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