流化床煤部分气化/半焦燃烧多环芳烃生成与排放特性的研究

摘要

为了掌握影响煤部分气化/半焦燃烧产物中PAHs生成与分布特性的关键因素，为今后2GPFBC-CC系统PAHs排放控制技术的工业应用提供理论指导，本文分别在小试和中试试验装置上进行了常压和加压煤部分气化以及半焦加压燃烧试验，PAHs样品经索氏提取和K-D浓缩后，采用带荧光检测器和二极管矩阵检测器的高效液相色谱仪测定被美国国家环保局列入优先污染物黑名单的16种PAHs，系统地研究了煤部分气化/半焦燃烧产物中PAHs的生成和排放特征。 在常压小试装置上，研究了煤种、空煤比、汽煤比、床层温度和添加剂对煤部分气化PAHs生成与分布特性的影响。结果表明，PAHs生成量总体上高于原煤中的含量；气相中PAHs以低环和中环为主，固相中PAHs以中环和高环为主；煤自身性质对PAHs生成与分布的影响很大；空煤比、汽煤比和床层温度均存在一个PAHs的最佳生成区间，这一区间恰好与最佳气化效率对应的区间重合；添加剂既能提高气化效率，又能促进PAHs生成；PAHs生成量与CO浓度之间存在一定的正相关性；布袋除尘器对PAHs的去除效率优于旋风除尘器。 在加压小试装置上，研究了压力对煤部分气化PAHs生成与分布特性的影响，并用加压中试装置试验进行了验证。结果表明，加压条件下低环PAHs的份额高于常压条件下的份额；PAHs生成量高于原煤中的含量；压力升高，PAHs的生成量增加。 半焦和煤气燃烧试验表明，半焦加压燃烧能够有效地破坏PAHs并抑制PAHs重新生成，煤气燃烧很难彻底氧化分解PAHs，其烟气中PAHs毒性当量(TEQ)浓度比煤气中PAHsTEQ浓度低。为了实现2GPFBC-CC系统PAHs排放的最小化和减量化，可以通过减少气相PAHs的生成或者将生成的存在于气相中的PAHs最大限度地转移到固相中。 无论是煤部分气化，还是半焦加压燃烧，产物中PAHsTEQ浓度以5环PAHs为主，苯并(a)芘(BaP)和二苯(a,h)蒽(DbA)是PAHsTEQ浓度的两大贡献者；PAHsTEQ浓度随着试验操作参数的变化而改变。 煤部分气化/半焦燃烧PAHs的生成途径有3种：煤/半焦受热挥发出的未分解的PAHs；煤/半焦高温热解合成的PAHs；自由基高温缩合生成的PAHs。煤部分气化PAHs主要通过后面两种途径生成；而半焦燃烧PAHs主要通过自由基高温缩合反应生成。 本文以多元统计分析理论为手段，借助SAS统计计算软件，建立预测原煤及其部分气化产物中PAHs含量的多元统计分析模型。模型计算值与实测值基本吻合。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究概述

1.2.1 PAHs性质研究概述

1.2.2 PAHs来源及危害研究概述

1.2.3煤利用PAHs研究概述

1.2.4多元统计分析在能源环境领域的应用研究概述

1.3本文主要研究内容

参考文献

第二章煤气化PAHs采集、预处理和测定方法的建立

2.1引言

2.2 PAHs的采样方法

2.3 PAHs样品的预处理方法

2.4 PAHs的测定方法

2.5本文所采用的PAHs采样、预处理和测定方法

2.5.1试验仪器和试剂

2.5.2 PAHs样品采集

2.5.3 PAHs样品预处理

2.5.4 PAHs测定

2.6本章小结

参考文献

第三章原煤PAHs含量及其分布规律的研究

3.1引言

3.2原煤中PAHs来源

3.3煤样采集与分析

3.3.1煤样采集与煤质分析

3.3.2煤样预处理与PAHs分析

3.4结果与分析

3.4.1不同煤种PAHs含量及其分布

3.4.2碳含量对PAHs含量及其分布的影响

3.4.3 H/C摩尔比对PAHs含量及其分布的影响

3.4.4 O/C摩尔比对PAHs含量及其分布的影响

3.4.5挥发分含量对PAHs含量及其分布的影响

3.4.6不同煤种PAHs的TEQ浓度分布

3.5本章小结

参考文献

第四章常压流化床煤部分气化PAHs生成与排放特性的研究

4.1引言

4.2煤气化PAHs生成机理

4.3试验

4.3.1试验装置

4.3.2试验物料

4.3.3样品采集与分析

4.4冷态试验

4.5热态试验

4.5.1热态启动

4.5.2蒸汽锅炉的启动与运行

4.5.3煤燃烧向气化转变

4.5.4正式试验

4.5.5 停炉

4.6试验结果与分析

4.6.1煤种对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.2空煤比对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.3汽煤比对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.4床层温度对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.5添加剂对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.6煤气中CO浓度对PAHs生成与排放特性的影响

4.6.7煤气净化装置对PAHs的脱除效率

4.7本章小结

参考文献

第五章加压喷动流化床煤部分气化PAHs生成与排放特性的研究

5.1引言

5.2 0.1MWth加压喷动流化床煤部分气化PAHs生成与排放特性的研究

5.2.1试验

5.2.2试验结果与分析

5.3 2MWth加压喷动流化床煤气化PAHs生成与排放特性的放大验证研究

5.3.1试验

5.3.2试验结果与分析

5.4本章小结

参考文献

第六章半焦和煤气燃烧PAHs生成与排放特性的研究

6.1引言

6.2 0.1MWth小试加压喷动流化床半焦燃烧PAHs生成与排放特性的研究

6.2.1试验

6.2.2试验结果与分析

6.3 1MWth中试加压流化床锅炉半焦燃烧PAHs排放特性的研究

6.3.1试验

6.3.2试验结果与分析

6.4煤气燃烧PAHs排放特性的研究

6.5本章小结

参考文献

第七章原煤及其部分气化PAHs多元统计分析模型

7.1引言

7.2多元统计分析方法简介

7.2.1相关分析的数学模型

7.2.2多元线性回归的数学模型

7.2.3主成分分析的数学模型

7.2.4因子分析的数学模型

7.3原煤PAHs含量与TEQ浓度的多元线性回归模型

7.4煤部分气化产物中PAHs含量与TEQ浓度的多元统计分析模型

7.5本章小结

参考文献

第八章结论与建议

8.1全文总结

8.2创新之处

8.3建议

致谢

攻读博士学位期间论文发表情况