煤拔頭半焦燃燒反應特性的基礎(chǔ)研究.pdf

1、我國煤炭資源豐富，油、氣資源有限，液體燃料短缺已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。煤拔頭工藝在中低溫快速熱解條件下通過溫和的轉(zhuǎn)化方式從豐富的年輕煤中提取輕質(zhì)燃料油和高值化學品，可部分緩解液體燃料的短缺。目前，煤拔頭工藝已成功與循環(huán)流化床鍋爐相結(jié)合，考慮到我國火力發(fā)電行業(yè)主要采用粉煤燃燒的方式，為進一步擴大煤拔頭工藝應用范圍，將煤拔頭工藝與粉煤鍋爐燃燒相結(jié)合的方案被提出，即煤先經(jīng)過煤拔頭的中低溫快速熱解工藝，獲得一定的油氣產(chǎn)品之后，剩余的固

2、體殘留物（半焦），再用作粉煤鍋爐的燃料。在粉煤燃燒發(fā)電機組運行過程中，燃煤設(shè)備與燃料特性的相互適應非常重要，鑒于此，本文針對不同條件下所得的煤拔頭半焦的燃燒反應特性進行了研究，對煤拔頭半焦用作粉煤鍋爐燃料的可行性進行試驗驗證，同時，探討拔頭工藝條件與拔頭半焦物性之間以及拔頭半焦物性與其燃燒反應特性之間的關(guān)系，并由此闡明拔頭工藝條件與拔頭半焦燃燒反應特性之間的關(guān)系及作用機理。
　　利用噴動載流床模擬煤拔頭工藝的快速熱解條件，在不同熱

3、解溫度下分別制備了不同粒徑大同煙煤的拔頭半焦，采用工業(yè)分析和元素分析對拔頭半焦的化學組成進行測試，采用紅外光譜分析和X射線衍射分析分別對拔頭半焦的官能團和碳結(jié)構(gòu)進行了測試。提出了原煤熱解度（Dv）的定義，用于定量分析熱解條件對拔頭半焦組成和碳結(jié)構(gòu)的影響。
　　利用低溫氮吸附法對拔頭半焦的孔隙結(jié)構(gòu)進行了測試，利用掃描電鏡法對原煤和拔頭半焦的表面形態(tài)進行觀察。根據(jù)吸附數(shù)據(jù)，采用NLDFT理論對孔徑分布、孔比表面積分布以及各種孔尺寸進行

4、了求解，而不是前人最常使用的BJH方法；同時，求解了BET比表面積。根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)測試結(jié)果，對煤拔頭中低溫快速熱解條件下孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化及其原因進行了探討。
　　利用綜合熱分析儀，在慢加熱速率條件下對原煤、拔頭半焦及陽泉無煙煤的燃燒反應特性進行了研究，采用著火溫度和整體平均表觀活化能對樣品的燃燒反應性進行評價，同時分析了樣品的著火類型。根據(jù)試驗結(jié)果，對煤拔頭半焦的燃燒反應特性與原煤和陽泉無煙煤的燃燒反應特性之間的差異進行了對比，對

5、影響樣品燃燒反應性的主要因素，如物質(zhì)組成、孔結(jié)構(gòu)及碳結(jié)構(gòu)，進行了分析。
　　設(shè)計、搭建、調(diào)試完成一套沉降爐熱態(tài)試驗系統(tǒng)，利用此試驗系統(tǒng)，在煤粉鍋爐加熱速率條件下，對原煤、DT80系列拔頭半焦以及陽泉無煙煤的燃燒反應特性進行研究，利用FLUENT軟件計算了顆粒在該系統(tǒng)條件下的沉降停留時間，根據(jù)固體樣品的灰分和元素分析數(shù)據(jù)，計算得到了燃燒過程中整體可燃物轉(zhuǎn)化率、整體可燃物比轉(zhuǎn)化速率以及碳元素轉(zhuǎn)化率隨反應時間的變化曲線。根據(jù)試驗結(jié)果，對

6、原煤、DT80系列拔頭半焦和陽泉無煙煤在高加熱速率條件下的燃燒反應性進行了對比，對煤拔頭半焦的燃燒過程以及燃燒過程中孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化進行了分析，討論了樣品揮發(fā)分含量以及孔比表面積對其可燃物比轉(zhuǎn)化速率的影響，并將沉降爐試驗結(jié)果與熱分析試驗結(jié)果進行了對比。
　　本文結(jié)果表明，煤拔頭半焦的燃燒反應性都高于陽泉無煙煤的燃燒反應性，這說明煤拔頭半焦用作粉煤鍋爐的燃料是可行的；在煤拔頭中低溫快速熱解條件下存在熱失活現(xiàn)象，即煤拔頭半焦的燃燒反