对煤粉燃烧与热解的试验研究.pdf

上传人:赵** 文档编号:89638327 上传时间:2023-05-07 格式:PDF 页数:94 大小:2.90MB
返回 下载 相关 举报
对煤粉燃烧与热解的试验研究.pdf_第1页
第1页 / 共94页
对煤粉燃烧与热解的试验研究.pdf_第2页
第2页 / 共94页
点击查看更多>>
资源描述

《对煤粉燃烧与热解的试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《对煤粉燃烧与热解的试验研究.pdf(94页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、洳:j、硕士学位论文论文题目壁鉴捡憋竖墨垫鲤煎遮坠堑塞作者姓名王蓥指导教师生丑洼睦迪笠塑熬援所在学院扭越量丝塑王焦堂瞳提交日期!浙江大学硕士学位论文摘要热重分析仪由于其精度高、试验方便、重复性好等优点,己逐渐成为国内外许多研究机构用来分析煤质燃烧和热解特性所经常采用的试验手段,并用来指导电站锅炉用煤。不同研究机构采用的仪器不同,得出的结果也有所不同,虽然许多文章对影响热天平试验过程和结果的因素进行了分析,但具体到针对煤这一试验样品方面仍然有所欠缺。本文选用浙江省内电厂所经常采用的煤样,对煤的热失重特性进行了分析。通过对不同煤样在不同的试验条件下得到的热分析T G 和D T G 曲线,文章将煤粉

2、燃烧过程的热失重曲线划分为三种线型,然后对热天平试验中所呈现的各种线型进行分析和研究,分析了试验条件对反应线型的影响。另外本文还将不同煤种在热天平条件下进行热解,研究了煤中氮的热解析出特性,并且较为详细和系统地研究和分析了燃料N 向挥发分N 转化过程中受煤质、温度以及各种试验条件的影响,并对焦炭N 含量的降低提出了控制方案。此外针对国内某电厂2 0 0 M W 四角切圆燃烧锅炉,提出两种改造方案,并利用C F D 软件平台对锅炉改造前后燃烧状况进行数值模拟研究,为实施再燃技术提供依据。关键字:煤粉着火活化能热重燃料氮转化率浙江大学硕士学位论文摘要A b s t r a c tT h et h

3、e r m o g r a v i m e t r i ca p p a r a t u sh a ss o m ea d v a n t a g e ss u c ha sh i g h p r e c i s i o n、c o n v e n i e n c e、w e l l-r e p e t i t i o nc h a r a c t e r i s t i ce t c M o r ea n dm o r er e s e a r c hi n s t i t u t i o n sm a k eu s eo ft h ee x p e r i m e n t a lm e a

4、 n st oa n a l y z et h ec o a lc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c,a n da p p l yi tt os u p e r v i s et h eu s a g eo ft h ec o a li ns t a t i o nb o i l e r T h e r ea l ed i f f e r e n tr e s u l t sm a d eb yd i f f e r e n ti n s t i t u t e sb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n

5、ta p p a r a t u s M a n yp a p e r sa n a l y z et h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h er e s u l t s,b u th a v es o m ed e f i c i e n c yi nt h ea s p e c t so fc o a ls a m p l e s W es e l e c ts o m ec o a ls a m p l e sw h i c hf r e q u e n t l yu s e di nt h ep o w e rp l a n t si nZ

6、h e n g i i a n gp r o v i n c ea n da n a l y z et h eh e a ta g r a v i cc h a r a c t e r i s t i c T Ga n dD T Gc u r v eo fd i f f e r e n tc o a ls a m p l e sc a nb eg o tu n d e rd i f f e r e n te x p e r i m e n tc o n d i t i o n s T h eh e a ta g r a v i cc L l r v e so fb u r n i n gp r

7、 o c e s s i o n sc a r tb ed i v i d e di n t ot h r e et y p e si n t h i sp a p e r W ed i s c u s sa l lk i n d so ft h el i n et y p e si nt h e s ee x p e r i m e n t st h o r o u g h l y,a n da n a l y z et h ei n f l u e n c e so f t h ee x p e r i m e n te o n d f f i o n s T h i sp a p e r

8、g i v e st h ep r o p e r t yi o d e x,w h i c hC a nr e p r e s e n tt h ep y r o l y t i cp r o p e r t yo fp u l v e r i z e dc o a la n dp r o b e st h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ep y r o l y s i so f t h ep u l v e r i z e dc o a l,s u c ha s,t h eg r a i ns i z eo ft h ep u l v e r i z

9、 e dc o a l,t h eh e a t i n gv e l o c i t y,e t e C o a lr e b u m i n gi san e wt e c h n i q u et or e d u c en i t r o g e no x i d e s(N O x)e m i s s i o nN u m e r i c a ls i m u l a t i o no fc o m b u s t i o np m e e s si na2 0 0M Wt a n g e n t i a l l yf i r e df u r n a c ei sp e r f o

10、 r m e dO nC F Ds o f t w a r ep l a t f o r m K e yw o r d s:p u l v e r i z e d-c o a lt h e r m o g r a v i m e t r i cp y r o l y s i sn i t r o g e np e r c e n tc o n v e r s i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得逝江盘堂或其他教育机构的学位或证书而使

11、用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:舀露签字日期:2 矽厂年j 月,一日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝望盘堂有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容璃入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:导师签名渺,侈签字目期:力彩。f 年;月、p 目签字日期:二万年专月I 夕日学位论文作者毕业后去向工作单位:通讯地址:

12、电话:邮编:浙扛大学硕士学位论文序论第一章绪论1 1 中国能源构成1 1 1 我国能源结构在世界和我国的能源结构中,用于燃烧的矿物燃利占据重要的地位。表卜1 示出了世界一次能源的消费结构比重,在世界总体能源结构中,以燃烧方式提供的矿物所占比例在8 08 5,占绝对主导地位。从发展趋势来看,即使到2 0 2 0 年,由于石油资源的下降和新能源的开发,矿物燃料所占比例将有所下降,但仍高达7 3 9,仍然是能源的主要构成。表卜1 世界一次能源的消费结构()煤石油天然气矿物燃料总计水电核电新能源1 9 9 0 年全世界2 7 33 8 62 1 78 7 66 75 72 0 0 0 年经合组织2 5

13、 3 03 8 21 7 2 08 0 78 01 1 32 0 0 0 年发展中国家2 0 8 4 7 21 7 08 5 O1 0 34 82 0 0 0 年西方集团2 4,14 0。51 7 18 1 78,69 62 0 2 0 年全世界3 3,72 1 21 97 3 g7 61 3 65 4随着国民经济的增长,我国能源需求量也呈增长趋势,能源工业发展很快,取得了举世瞩目的伟大成就。中国能源生产总量从1 9 5 2 年的4 8 7 1 M r 标准煤,增长到2 0 0 0 年的1 0 9 0 M t标准煤,同期消费量达到1 2 8 0 M t 标准煤,有力地支撑着中国国民经济快速增长

14、。目前,中国能源生产总量仅次于美国和饿罗斯,名列世界第三,能源消费总量仅次于美国,名列世界第二。但同时,在我国的工业生产中也存在着一些突出的问题;一是能耗高,能源经济效益差;二是环境污染严重。表卜2 是列出了近几年我国历史能源生产总量和构成,从表中可以看出,煤炭在我国能源中占有重要的地位。我国煤炭资源储量丰富,居世界第三位,与其他能源相比,煤炭具有明显的成本优势。在所有石化能源中,煤炭是最便宜的一种日E 源,同等的发热量用煤的成本只相当于用油的3 0,天然气的4 0。专家预测,到2 0 1 0 年,使用石油、天然气的成本将是煤炭的8 倍,甚至更高。目前,煤消耗占世界一次能源消耗的2 7 世界发

15、电釜的4 5,随着其它一次性能源的枯竭,煤在一次性能源结构中的比重将进一步提高。据有关专家预测割2 0 1 0 年煤炭在世界一次性能源消费量的比重将超过三分之一,而消费量将由2 0 0 0年的4 3 亿吨增长到2 0 2 0 年的5 8 亿吨。在最近完成的中国可持续能源发展战略研究报告中,2 0 多位中科院和工程院院士一致认为,到2 0 1 0 年煤炭在一次性能源生产和消费中将堑延直主砸坐位论窑庄论一占6 0 左右;到2 0 5 0 年,煤炭所占比例不会低于5 0。可以预见,在来来几十年内煤炭仍将是我国主要的能源和重要的战略物资,具有不可替代性。煤炭工业在国民经济中的基础地位,将是长期的和稳固

16、的。我国入均能源可采储量远低于世界平均水平,2 0 0 0 年人均石油可采储量只有2 6 吨,人均天然气可采储量1 0 7 4 立方米,人均煤炭可采储量9 0 吨,分别为世界平均值的1 1 1、4 3 和5 5 4。表卜2 中国近年来能源生产总量和构成年份能源生产总量构成()(万吨标准煤)煤炭石油天然气水电1 9 8 06 3 7 3 59 6 42 3 833。81 9 8 58 5 5 4 67 2 82 0 924 31 9 9 01 0 3 9 2 27 4 21 924 81 9 9 51 2 9 0 3 47 51 6 61 _ 96 21 9 9 61 3 2 6 1 67 5

17、21 725 81 9 9 71 3 2 4 1 07 4 11 7。32 16。51 9 9 81 2 4 2 5 07 1 91 8 52 57l1 9 9 91 1 0 0 0 06 8 22 0 9,一3 17 82 0 0 01 0 9 0 0 06 7 22 1 43 481 1 2 我国煤炭资源开发利用现状我国煤炭工业经过5 0 多年的开发建设,特别是改革开放以后,煤炭产量迅速增长。煤炭产量的快速增长,对国民经济的发展和现代化建设起到了重要的支持和保障作刚。上世纪8 0 年代中期开始,煤炭供不应求的情况出现缓解并出现供过于求的现象。特别是1 9 9 7 年以来,由于受国内经济结构

18、和亚洲金融危机的影响,我国的煤炭需求量下降,煤炭产量也随着市场的变化逐年减少:随着国家关闭非法小煤矿,整顿煤矿生产秩序等宏观调控措施的逐步落实,煤炭产量将日渐稳定,并有可能出现增长。截至1 9 9 9 年末我国共有各类性质煤矿4万多处。1 9 9 9 年原煤产量1 0 1 4 5 亿,其中原国有重点煤矿生产原煤2 1 0 2 亿吨,乡镇及个人煤矿生产原煤3 1 2 亿吨,占全国原煤产量的3(3 1 6,平均每处生产原煤0 1 8 4 万吨。我国能源资源虽然比较丰富,但探明程度很低。从种类看,经济可采储量少,优质资源少:从布局看,我国尚未利用的煤炭经查储量大多分布在自然条件恶劣、生态环境十分脆弱

19、的区域,尚未利用的经济经查储量中8 6 N 分布在于旱缺水、远离消费中心的中、强部地区,开发、运输和利用的难度势必加大,制约着开发建设:从开采条件看,煤田构造复泉,适宜露大开采的煤炭资源少:从利用水平看,资源消耗高,小型煤矿矿并资源回采率仅为1 0 1 5。有关专家按照各类煤矿产量加权平均的方法,对煤矿的矿井回采率进行了估岸,目前全国煤矿矿井回采率仅在3 0 左右,资源破坏和浪费问题非常突出。同时,煤炭资源开发一2 浙江大学硕士学位论文序论中造成的生态环境破坏,带来了大量社会问题。1 2 研究煤燃烧以及热解特性的意义晗|卯1 2 1 研究煤燃烧特性的意义一、有利于改善中国能源状况按中国的煤炭储

20、量与开发条件,专家分析认为2 0 2 0 年最大供应能力为2 0 2 1 亿吨,2 0 5 0年为2 8 3 0 亿吨,这一水平可能成为年最大供应量。中国自然资源总量排世界第七位,能源资源总量约4 万吨标准煤居世界第三位。中国煤炭保有储量为1 0 0 2 4 9 亿吨,但精查可采储量只有8 9 3 亿吨(世界煤炭储量为1 万多亿吨,储采比为2 1 9 年。储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。其中美国的储量比中国大一倍以上,除中国外,其余6 国的储采比均在2 1 0 年以上,中国若保持原开采强度,储采比不足百年),石油的资源为9 3 0 亿吨,天然气的资源两为3 8

21、 万亿立方米,现已探明的石油和天然气储量一一只占资源量的约2 0 和约6 仅够开采几十年(全世界石油剩余可采储量仅为1 4 0 9 亿吨,储采比为4 1 年。第1 5 届世界石油大会认为上述石油资源的探明程度为7 9,阁此,不可能再找到足够大的石油资源了,石油短缺将不可避免地在下个世纪出现);煤层气资源量为3 5 万亿立方米,相当于4 5 0 亿吨标准煤,排世界第三位,但尚未成规模开发利用。因此,我国常规能源资源并不丰富,应建立正确的“资源意识”。并具有相应的“忧患意识”。去年,中国煤炭产量接近十六亿吨,创出历史最高记录。但由于电力、冶金等重点用煤行业的旺盛需求,出现了局部性供需偏紧。2 0

22、0 5 年,发点、冶金用煤仍将有较大幅度增长预计全国煤炭消费需求将达到十六亿吨以上。从国际市场看,今年世界经济增长加快,国际煤炭需求增加,煤价呈现上涨趋势。据预测,2 0 0 5 年、2 0 1 0 年和2 0 2 0 年中国煤炭需求将达1 6 5 亿吨、1 8 2 亿吨和2 l 亿吨左右。根据现有生产矿井能力和在建规模,剔除衰老报废矿井因素的影响,屑时煤炭供应缺口将分别为1 2 亿吨、2 5 亿吨和7 亿吨左右。为此,从现在起到2 0 2 0 年需要安排煤矿建设规模分别为8 8 亿吨,平均每年需增建设规模约4 9 0 0 万吨。根据发展改革委有关的分析预测,目前我国平均能耗为1 4 亿吨标煤

23、,如果按照现有的经济社会发展模式,2 0 2 0 年支持G D P 翻两番需要5 6 亿吨标煤。即使今后风电、核电和水电超常规发展,并且能源效率提高一倍,届时仍需要3 0 亿吨左右的标煤,能源供应、环境保护和物质运输都将承受极大的压力。一3 一浙江大学硕士学位论文序论我国地大物博,物质丰富,但因入口众多,能源资源相对来说缺乏,而且能源利用效率低,产值能耗水平与国际水平相差很大,这些都对保证我国在本世纪中叶达到中等发达国家水平有举足轻重的影响。在中国和印度这样的一些发展中国家,拥有大量的煤炭资源,并且煤炭起着重要的作用,我国所消耗的煤炭占商品能源的7 5,是世界上最大的煤炭消费国家,大约有8 0

24、 的煤炭资源是用于电厂锅炉和工业锅炉。我国煤炭分布广,区域性分布不均衡,动力用煤从褐煤直到无烟煤,煤质差别比较大,燃烧过程中出现的问题就相对增加,所以要研究煤炭的燃烧、热解特性,可以把我国有限的煤炭资源更好的利用。二、指导电厂实际用煤动力用煤的特性对锅炉的设计和运行有重要的影响。正确掌握燃烧特性,按不同的特点进行锅炉的选型、设计和制造,制定运行规程,才会获得较好的锅炉性能和较高的可用率。尤其对于高灰分,低挥发分和低发热量的劣质煤的燃烧特性的研究,更是确保锅炉燃用劣质煤锅炉安全、经济运行的必不可少的条件。煤是一种有机矿物的复杂聚合物,由于成煤年代和地质条件的差异,决定了煤的物理化学性质的差异在燃

25、烧中表现出燃烧性能的优劣。尤其煤粉燃烧方式,燃烧效果对煤的特性十分敏感。难燃贫煤、高灰分和劣质烟煤,特别是劣质烟煤与其他煤种不仅在燃烧性能上有较大差别,而且一些常用的分析评价方法已经不能正确评价劣质烟煤燃烧行为。众所周知,锅炉设计必须适应燃料特性和国内电厂用煤的多样性。电厂锅炉运行过程燃煤特性往往超出了原设计煤种范围,造成锅炉运行不稳定,影响机组的发电量。近几年电力行业购买动力煤的选择余地增大,有些电厂则由于购买煤的发热量高于设计煤种,不仅使其得不到充分利用,而且还会缩短锅炉寿命,有的甚至烧毁燃煤设备造成停产事故。所以研究煤的燃烧特性至关重要。1 2 2 研究煤热解特性的意义一、研究煤热解过程

26、的意义煤是一种组成、结构非常复杂且极不均一的、包括许多有机、无机化合物的混合物,所以难以分离成简单的物质进行结构和性质的分析。然而,了解煤的组成结构是合理利用煤的前提。煤结构的研究方法有物理方法:如红外光谱和X 射线衍射、扫描电镜等;物理化学方法:如溶剂抽提和吸附性能研究等;化学方法:如热解、氧化、水解和官能团分析等。本世纪三十年代以来,随着烘化工,特别是焦化、气化、干馏和煤液化技术的进一步发展使得利用化学方法研究煤的结构不再是停留在外部特征、个别性质的研究上,而是逐步一4 一浙江大学硕士学位论文序论深入到组成、结构及工艺过程机理等一些本质问题。目前热解是阐明煤分子结构的一个重要方法之一。煤的

27、热解性质与煤的组成和结构密切相关;通过煤的热解过程以及产物分析可以了解煤结构和组成方面的知识;利用已有的煤结构和煤的成分的知识又可推理煤的热解过程和热解反应机理。此外煤热解还可看作人工炭化过程,通过热解可以了解煤化过程机制。二、研究煤中氮转化规律的意义煤作为一种重要的能源,在我国具有极其重要的地位。目前利用煤最重要、直接的方式是燃烧,但是煤炭在燃烧过程中释放出大量的污染物。煤燃烧的污染物己成为我国最人的人气污染源:因此煤的高效洁净转化技术越来越受到人们的重视。氮氧化物就是煤燃烧和气化过程中产生的有害气体之一。在我国,排放到大气的氮氧化物有6 7 是在煤燃烧过程中生成的。氮氧化物是煤燃烧过程中产

28、生的主要污染物之一。N O x 是氮氧化物的统稼。它包括一氧化氮(N O),二氧化氮(N 0 2)和氧化亚氮(N 2 0),后者又称为笑气。燃烧过程中摊放出来的N O x 约9 5 是N o,余下的是N 0 z。N O 排入大气后逐渐与大气中的氧或臭氧结合生成N 0 2,N O是无色无臭的气体,浓度大时,其毒性甚大。N O z 是一种红棕色有毒的恶臭气体,其含量为0 1 p p m 时即可嗅到;1 4 p p m 时有恶臭,而达到2 5 p p m 时,则恶臭难闻。“”N O。的主要来源有:化石燃料的燃烧(主要是高温燃烧时氮的氧化和对大气N:的同定,主要是电厂煤的燃烧)、汽车尾气的排放、生物质

29、燃烧释放、土壤中氮的微生物过程释放、闪电合成、平流层化学反应、飞机排放和大气中N l i s 的氧化。过去十多年,已有不少研究者针对单个释放源的释放量进行过详细研究,如表1-3。可见,在所有释放源中,人为因素造成的N O x 的排放主要来自于化石燃料的燃烧,全球该源释放量在2 2 T g N a。左右,同时,它也是N O x 排放的主要来源。全球该源释放的N O x 中9 5 来自北半球。有研究预计从1 9 9 0 年到2 0 2 5 年,化石燃料燃烧源的年释放量将从2 4 T g N a l增加到3 3 3 9T g N a。化石燃料燃烧源具有局部分布和排放能力强两大特点,决定着工业区和人口

30、密集区大气的N O x 负荷,是城市大气中氮氧化物的主要来源。“”氮氧化物进入大气以后发生一系列变化,它在空气中的含量始终处于变动之中,既有臼变化,又有季节变化,在一天中,其含量早上最高,傍晚次高,午后最低;在一年中冬季高,夏季低。氮氧化物的变动主要由于光化学作用,因此它与阳光强弱密切相关。从图可以看出,早上N O z 含量最高,随着太阳上升,光照加强,光化学作用逐渐加快,N O z 消耗不断增加,形成的0。随之增多,一直到午后2 时左右,光化学作用达到了最高点,此时N O z 含量最低,0。含量最高,以后阳光逐渐减弱,N o:消耗逐渐减小,傍晚又出现了次高点。一5 一浙江大学硕士学位论文序论

31、表卜3 单个N 0,释放源释放量(T g N a l)释放源释放量主要释放位置2 1 1 化学燃料燃烧排放2 1 2 1 2 北半球中纬度地区2 2 2 -1 3 2 1 4 4 生物质燃烧排放6 术热带地区8 5 水土壤释放5 丰非极地地表5 5(3 3 7 7)8 2 1 1 4 闪电合成2 2 0 1 5 1对流层、热带地区1 9 1 1 5 2 1 6 2 6 4 平流层N:0 分解0 6 4 1 7 平流层飞机排放1 0 1 6 对流层上部0 4 5*众所周知,N o x 得生成途径主要为热力型N O,、快速型N 0 x 和燃料N o x。在大型煤粉燃烧电站锅炉的这三种N O x 生

32、成途径中,以燃料N O x 是最主要的,它占N O x 总生成量的6 0 8 0 以上,并且可控制幅度最大,大量的低N o,燃烧技术的着眼点都在于如何控制燃料N 0 x。燃料N O x 的根源在于煤中含有氦,而燃料中的氮在热解过程中以H C N、N H。等前驱物的形式直接释放,或以焦油的形式间接释放,H C N 和N I s 之间的比例关系是一个重要问题,直接影响了后续的N O x 生成量。对燃料氮随挥发分析出过程的深入了解,有助于提出合理的在燃烧前期控制N o l 排放的方法和手段。另一方面,煤热解完成后,煤焦中仍存在相当比例的氮,这部分氮被称为焦炭氮。焦炭氮随着煤焦的氮化,逐步转化为N 0

33、 或N。,对于低挥发分煤,其焦炭氮所占比例很高,焦炭氮的转化成为限制低N O x 排放的一个重要因素,相对挥发分氮而言,焦炭氮的控制比较困难。随着分级燃烧的广泛使用,挥发分N O x 被抑制,但由于焦炭在富氧贫燃环境下燃烬,分级燃烧基本对焦炭N O x 没有影响。而且伴随分级燃烧带来炉内N O x 浓度降低还有利于焦炭N o x 的生成。焦炭的比表面积、催化剂含量和孔洞结构都对焦炭N O x 生成有影响。焦炭对N 0 的还原机理有待深入了解,而C O 和0 2 对N O x 异相还原有重要影响,起到显著的催化作用。1-3 对于煤的燃烧和热解的研究手段16浙江大学硕士学位论文序论1 3 1 煤燃

34、烧特性研究手段动力用煤的燃烧特性是指煤的着火特性、挥发份释放特性、燃烬特性、热解特性、表面积 F I:f L 隙特性、积灰结渣特性、磨损特性和污染物的排放特性等。对锅炉安全经济运行,最重要的是煤的着火稳定性、燃烬性和结渣特性。依据传统的挥发份产率来评价煤的燃烧特性,即挥发份产率越高,其着火和燃烬性能越好,这在一定程度上可以,但有些情况下往往与实际运行出入较大,特别是挥发份产率相近的劣质贫煤,有时会有相反的结果。因为燃烧特性除受化学因素影响外,还有物理因素影响,不同的煤结构可能有相同的化学组成。”1 热分析是国内外研究煤燃烧特性最常用的方法之一。它利用热天平在程序升温条件下,研究煤的质量随时间温

35、度的变化,从而分析煤的燃烧过程的一种方法。通过计算机进行数据采集和处理,就可以得到一些煤燃烧的特性值,如着火温度、燃烬温度、燃烬时间、最大失重温度、最大失重率、燃烧前期和后期的燃烧量等,通过这些数据则和形成的判别指标,可以很好地对燃烧特性进行评价。此外,近年来热天平与G c(气相色谱仪)、门I R(傅立叶变化红外光谱仪)等设备的联用,使得对煤燃烧过程及污染物的排放特性的研究成为可能。热天平研究的弱点在于其加热速度远远低于实际煤粉在锅炉中的被加热速度。通常,煤在锅炉中的燃烧时间为1 2 s,加热速度极快。滴管炉(D T F S)、沉降炉、卧式一维炉、平角炉等是模拟电站锅炉实际燃烧状况建立起来的热

36、态试验台。但热天平在反应条件控制、数据采集、试验结果重复性等方面有着上述试验台架不可比拟的优越性。滴管炉常用来研究煤的燃烧过程,燃烬特性与S 0 2 和N o;、微量元素的排放特性。近年来,有的国家也开始用D T F(直管燃烧炉)来研究煤的积灰结渣特性,D T F 也是获取实际燃烧动力学参数的有力手段。在我国的几个主要研究机构中,利用沉降炉来研究煤的燃烧特性与污染物排放,其优点是易于控制和取样。在结渣特性评价中的渣型对比法,就是建立在沉降炉试验的基础上。卧式一维炉、四角切圆燃烧试验炉在我国拥有的单位还不多,设备操作复杂、试验费用昂贵。近年来,国内外也开始了激光加热煤燃烧的研究。激光加热能将煤粒

37、迅速地加热到所需温度。煤燃烧颗粒的温度分布可以通过激光全息法测量。但是,对煤燃烧过程的定量解释还还有待于相关技术的发展。1 3 2 研究煤燕解过程的常用方法由于热解过程在工程及理论研究上的重要性,许多研究者在各种试验条件下对煤的热解进行了基础研究,由于各种工艺过程的条件差异非常大,对煤热解的研究范围也十分宽,如一7 一浙江大学硕士学位论文序论同样是应用于煤的气化工艺,用于煤的地下气化的研究条件为,加热速率为0 0 2 O 2。C s,颗粒粒度为0 0 1 l O m m,而采用通常的气流床技术,颗粒粒径则1 0 0uI n,升温速度为1 0 0 0 5 0 0 0。C s。所以各种试验的方法及

38、工艺也是千差万别的,测量的方法本身也经常影响试验结果,试验的仪器、方法及条件对煤的热解及产物亦有较大的影响,本节主要介绍再种不同的试验方法。试验方法一般可分为两大类,静态样品法和连续流动法,前者煤样是静止的(对煤来说是间歇性试验),后者煤样为连续进料和出料,两者在分析上各有优缺点。“”表卜4 给出了煤热解的几种主要的试验方法及条件,煤热解失重分析中最典型的例子是挥发分标准工业分析,将l g 左右的煤样(粒度为2 0 0 u m 以下)放入预先已加热到9 0 0。C的箱式电炉中加热4 2 0 s,扣除水分后的失重即为挥发分含量。表卜4 热解试验方法及条件试验方法分类停留时间温度加热速度压力颗粒粒

39、度K sX 1 0 5 P aUm工业分析静态4 2 0 一8 5 01 5 2 0I-02 5 0坩锅或吊篮静态3 0 0 1 8 0 04 0 0 1 8 0 00 0 5 2 5 01 _ 04 0 0固定床静态1 0 3 6 0 0 04 0 01 2 0 0O 0 2 3 0 01 4 0 02 5 0 3 6 0 0固定床慢速静态1 0 0 0 1 0“4 0 01 1 0 00 0 0 0 l 1 7 02 0 0 0O 5热天平静态l 7 2 0 04 0 0 9 5 01 0 0l 1 0 04 0 0 1 0 0 0电热栅静态0 1 1 8 0 03 0 0 1 5 0 0

40、1 0 0 m1 5 0 0 00 0 0 1 5 0 1 0 0 01 0 0流化床流动1 0 2 6 0 0 04 0 0 1 0 0 01 5 01 0 0 1 0 0 0机械搅拌床流动0 5 1 06 0 0 1 1 0 05 0 2 0 0101 0 0 0 1 5 0 0 0夹带流流动O 0 0 l 2 04 0 0 2 0 0 01 2 0 0 0 0 01 5 0 04 0 2 0 0自由下落流动0 4 1 04 0 0 1 5 0 01 5 0 04 0 3 0 0粉煤火焰流动O 0 82 0 0 1 5 5 02 2 0 0 01 01 0 0等离子加热流动3 0 0 0

41、1 5 0 0 0激波加热流动0 0 0 1 4 0 0 9 0 04 00 0 0 2闪光辐射流动0 0 0 2 1 0 0 4 0 05 X 1 0 65 1 00 0 0 8应该指出的是,在研究煤的热解特性时,煤是在各种不同的加热速率、气氛、压力等条件下得到的,热解产物必须和工业分析测定的挥发分含量仔细加以区别,因为后者仅是一种简便的标准,但当试验条件与工业分析条件相差很远时,很可能成为一个容易使人误解的指标。热天平方法是研究煤热解的一种常规的方法,随着现代热分析技术的发展,使热天平的一8 一浙江大学硕士学位论文序论测量精度进一步提高,试样量可以减少到数毫克,加上加热速度的提高使热天平技

42、术成为很有用的热解特性研究手段。由于这项技术容易规范化目前已引起极大的重视,如美国c E 公司己将其列为常规煤质分析手段并代替了传统的工业分析方法。在目前的仪器水平下,能够达到的最大加热速度不高于每秒钟几百度,采用热天平通过计算可以得到热解反应的动力学参数。本文研究利用热天平来研究煤热解过程的问题。1 4 利用热天平研究煤的燃烧和热解中存在的问题1 4 1 利用热天平研究燃烧特性中存在的问题国内外许多研究机构都对煤的燃烧特性进行了细致深入的研究,并取得了许多有价值的结论,但煤作为种非常复杂多样的物质,不同的地质条件、不同的成煤年代都影响着煤种的物理化学性质,即使是来自同一煤矿的煤,由于来自不同

43、的煤层,煤质情况也有很人差别,这些都给煤燃烧特性的研究带来了很大的困难。随着科技的进步,新的试验手段和试验仪器的出现,都给煤燃烧特性的研究带来了便利。国内最早采用热天平进行煤燃烧特性的研究始于7 0 年代末期,经过多年的发展,取得了非常大的成就,得到了许多有价值的结果,并将其用于指导电站用煤。但在利用热天平进行研究的过程中,仍然存在一些问题需要进一步深入和探讨。例如通过对大量煤样进行热天平试验的过程中发现,煤样的热重曲线呈现出多样性,证明了煤样在热天平条件下发生的反应存在多样性。目前有关该方面的讨论较少,许多文献通常只选取一种工况下的试验曲线进行分析,没有分析不同试验条件对燃烧产生的影响,以及

44、采用哪种燃烧条件来进行煤质燃烧特性判断更加合理。1 4 2 煤热解研究中存在的主要问题长期以来热解备受国内外学者的重视,对热解进行了大量的研究,获得了丰富的成果,同时也相应地提出了众多模型。但是他们在对热解进行研究时忽略了许多因素,比如北京煤化所”7 1 认为煤热解最终挥发物产率是温度的函数,与加熟速率无关,这显然是与试验有出处的,是不可取的。另外关于求热解反应速率和反应活化能的方法也有许多报道,包括C o a t s T e d f e r n 方法、K i s s i n g e r 方法、D z a w a 方法等。但无论采用何种方法求解,都涉及煤热解反廊动力学参数。为此,许多研究者对煤

45、热解动力学参数进行了大量的研究提出了部分煤种的衷观活化能。这种方法虽对某一特定煤种来说其所得之活化能是有用的,但没有普遍意义,不同的一g 一浙江大学硕士学位论文序论煤可以得到不同的活化能和反应速率,至今仍找不到它们相互之闺的联系。再加上煤热解本身的复杂性,所以到目前为止,仍未能建立起基于真实热解反应机理之上的有说服力的动力学模型。1 5 本部分主要任务和内容:1 5 1 煤粉燃烧部分目前研究煤粉燃烧特性的试验方法很多,在前面已经进行了详细的论述。利用热重分析仪进行试验则有实验时间短、试验方便、样品量少、精度高、重合性好等优点,是目前研究煤粉燃烧特性的主要实验手段之一。本文的试验工作主要在梅特勒

46、一托利多T G k S D I A 8 5 1 e 热重分析仪上展开。试验选取了青岛贫煤,贵州I 无烟煤和铜川烟煤这三种典型煤种来进行研究,主要内容有:检测粒度对煤种燃烧的影响并进行讨论和分类;检测了不同煤种在同一粒度情况下燃烧的结果,并进行比较和分析。1 5 2 煤粉热解部分这部分也是利用热重分析仪,同时选取了贵卅I 无烟煤和铜川烟煤这两种典型煤种来进行研究,主要内容有:检测不同煤种的氮在热解前后转化率的情况,并进行分析和研究:检测温度、粒度、升温速率、流量等外在可以调节控制的因素对不同煤种氮转化率的影响,并分析和总结;同时结合目前提倡的洁净煤燃烧,对降低N O,的排放提出一些看法。参考文献

47、:【1】濮洪九,煤炭资源一一我国经济可持续发展的物质保障,煤炭经济研究,2 0 0 3 4【2】曹代勇,赵峰华,重视我国优质煤炭资源特性的研究,中国矿业,2 0 0 3 1 0【3】陈武,唐辛,张希诚,我国煤炭资源及其开发利用研究,煤炭经济研究2 0 0 37 4 1常弘哲等,燃料与燃烧,上海交通大学出版社,1 9 9 3 3【5】熊友辉,孙学信,动力用煤及燃烧特性的研究手段和方法,煤质技术,1 9 9 8 9【6】冯小东,煤燃烧特性研究方法概述,能源工程,1 9 9 8 1【7】李荫重等,动力配煤燃烧性能的探讨,煤炭科学技术,1 9 9 8,7一】0 一浙江大学硕士学位论文序论【8】陶著,煤

48、化学,冶金工业出版社,1 9 8 4【9】顾恒祥,燃料与燃烧,西北工业大学出版社,1 9 9 3【1 0】李余增,热分析,清华大学出版社,1 9 8 7【1 1】宋鸿恩,热天平,计量出版社,1 9 8 5【1 2】孙学信,燃煤锅炉燃烧试验技术与方法,中国电力出版社,2 0 0 2【1 3 岑可法,姚强,骆仲泱等,高等燃烧学,浙江大学出版社,2 0 0 2【1 4 1 徐文彬,N O x 大气化学概论及全球N 0 x 释放源综述,地质地球化学,1 9 9 9,2 7:8 6 9 l【1 5】燃煤电厂大气污染物排放标准G B l 3 2 2 3 1 9 9 6,1 9 9 6【1 6“十五”电力工

49、业规划【1 7 北京煤化所内部资料浙江大学硕士学位论文煤的燃烧特性概述第二章煤的燃烧特性概述2 1 煤燃烧过程概述及影响燃烧的因素分析2 1 1 煤的燃烧反应过程煤在化学和物理上是非均相的矿物或岩石,除了含有水和矿物杂质(灰分)以外,其可燃成分主要是碳和氢,并和少量的0、H、S、N 等一起构成有机聚合物。各种有机聚合物粒子间,常由不同的碳氢支链相互连接成更大的粒子,大粒子之间夹杂着各种杂质或留有细小的孔穴和缝隙。以煤为主体来描述煤的燃烧过程,首先是煤样被外来能量加热和干燥,到1 0 0 C 以上水分逐渐蒸发,而后挥发物开始析出和煤焦的产生,释放出的挥发份和氧气相遇,达到着火条件便开始着火,挥发

50、份对焦炭起到引燃的作用,在挥发份析出到大部分烧完火约只占煤总燃烧时闯的1 0;而9 0 的时间是用在使焦炭燃烬。1。同时上述的各个阶段可能顺序发生,也可能交叉或者同步进行,煤焦可能在挥发份没有完全析出前就开始着火。燃烧过程可以分为两个阶段,第一个阶段燃料和氧化剂进行缓慢氧化作用积累活化分子和提高可燃物温度,第二个阶段反应速度进行的非常迅速并释放出强烈的光和热。对于煤的着火来说没有一个合适的简单定义,一般来说着火被描述成为燃料与氧化剂达到一个连续的反应过程,经常用可见火焰来鉴别着火。然而有时煤也能够在较低温度下很缓慢地进行反应,没有可见火焰,例如煤堆的自燃。有时着火被定义成为:当一个可燃物窖积中

展开阅读全文
相关资源
相关搜索

当前位置:首页 > 教育专区 > 高考资料

本站为文档C TO C交易模式,本站只提供存储空间、用户上传的文档直接被用户下载,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。本站仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知淘文阁网,我们立即给予删除!客服QQ:136780468 微信:18945177775 电话:18904686070

工信部备案号:黑ICP备15003705号© 2020-2023 www.taowenge.com 淘文阁