油页岩干馏残渣与生物质混烧特性研究

摘要

油页岩作为常规油气的重要补充资源,在全球资源战略中的地位日益彰显。油页岩干馏过程中产生大量的残渣,既浪费了能源资源,又对环境造成极大威胁,已成为油页岩开发利用中的瓶颈问题。本文提出以高热值生物质与干馏残渣混烧的方法,通过理论与实验研究,深入探讨了油页岩干馏残渣与生物质的混烧特性。
　　详细分析了油页岩干馏残渣与生物质基础燃料特性。基于热重分析方法,对油页岩干馏残渣与生物质的混合燃烧特性进行了大量实验研究,深入探讨了燃料种类、混合比及升温速率等因素对混合物燃烧特性的影响。研究结果表明,随着生物质掺混比例增加,干馏残渣与生物质混合燃料的着火温度及燃尽温度降低,燃烧速率增加,从而改善了干馏残渣的燃烧特性。随着升温速率的增加,TG曲线向高温侧移动,燃尽温度升高;DTG曲线上的失水峰、挥发分释放燃烧峰以及固定碳燃烧峰逐渐变宽,并且各峰峰值随升温速率的增加而变大。
　　理论上,基于单扫描率法Coats-Redfern方程、等转化率法KAS方程与DAEM模型,详细研究了油页岩干馏残渣与生物质混烧过程中的动力学特性。研究结果表明,运用等转化率两种方法获得的动力学特性相近,而单扫描率法求解结果与等转化率法相比在数值上存在一定的差别,但所呈现出的规律性是一致的。
　　详细研究了油页岩干馏残渣与生物质混烧过程中的协同作用,揭示了混合比、升温速率、生物质种类等因素对混烧特性的相互影响规律。基于Avrami转化动力学理论,对样品燃烧的热失重过程进行了模拟。模拟结果与采用动力学方法获得的活化自由能表征的规律相一致,为进一步探索油页岩干馏残渣与生物质多组分燃烧特性提供了理论基础。
　　在混烧机理研究的基础上,完成了油页岩干馏残渣与玉米秸秆颗粒的循环流化床混烧实验。系统研究了燃料配比、一次风率等因素对炉膛温度、底渣、返料、飞灰可燃物含量及燃烧效率的影响。结果表明,在油页岩干馏残渣中掺入一定比例玉米秸秆颗粒完全可以稳定、高效地燃烧。
　　基于欧拉双流体封闭模型,对一台已投运的65t/h燃油页岩高低差速循环流化床锅炉进行了数值模拟并用实际运行数据进行验证。设计开发了一台130t/h燃用桦甸油页岩干馏残渣与玉米秸秆颗粒的高低差速循环流化床锅炉,运用所建立模型对该锅炉流动特性进行了模拟预测。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容和方法

第二章 油页岩干馏残渣与生物质基础燃烧特性

2.1基础物化特性

2.2热重混烧实验

2.3燃烧特性参数

2.4本章小结

第三章 混烧动力学分析

3.1动力学基本理论

3.2动力学模型

3.3动力学求解结果分析

3.4本章小结

第四章 混烧协同作用及TG曲线模拟

4.1混烧过程中协同作用分析

4.2燃烧过程TG曲线的模拟

4.3本章小结

第五章 循环流化床试验台混烧实验

5.1实验说明

5.2试验台各部热力参数分布

5.3底渣、返料及尾部飞灰特性

5.4烟气成分分析

5.5燃烧效率

5.6本章小结

第六章 高低差速循环流化床锅炉方案设计及流动特性模拟

6.1高低差速循环流化床锅炉简介

6.2 130t/h高低差速循环流化床锅炉方案设计

6.3锅炉流动特性模拟

6.4本章小结

第七章 结论

7.1研究结论

7.2本文工作创新点

7.3进一步工作的建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢