印尼褐煤煤泥流变特性及其流化床燃烧技术基础研究

摘要

流化床燃烧技术因具有燃料适应性广和污染物排放低的优点成为褐煤煤泥处置的优先选择。但褐煤煤泥不同于常规的烟煤煤泥，在流化床中的燃烧机理特性尚未明析，成为进一步提高燃烧效率和减少污染物排放的阻碍之一。本文依托横向项目(国华印尼电厂褐煤煤泥回用技术研究)，受神华国华（北京）电力研究院有限公司委托，针对印尼褐煤煤泥，开展了管道输送真实流变特性、小流化床单颗粒燃烧机理、中试流化床燃烧试验等系统性研究。
　　本研究主要内容包括：⑴印尼褐煤煤泥的水分分布特性研究。采用了热干燥法和TG-DSC法进行研究，并基于热干燥法和结合能分析提出了一个新的计算印尼褐煤煤泥水分分布方法，将印尼褐煤煤泥浆水分划分为五类，分别为：表面吸附水、间隙水、孔隙水、黏附水、和内部吸附水。⑵印尼褐煤煤泥燃烧和热解机理动力学分析研究，采用热重红外分析仪研究了印尼褐煤煤泥(LWT)的燃烧和热解基础特性，开展了不同升温速率的实验。在热重红外分析的基础上，研究了印尼褐煤煤泥燃烧和热解动力学分析，首先比较了两种常用计算印尼褐煤煤泥活化能方法：等转化率法(iso-conversional)和预设模型法(model-based)此外，提出一种等转化率法与预设模型法的互补结合模型获得印尼褐煤煤泥热解和燃烧过程中的完整动力学参数，所得结论为下文印尼褐煤煤泥燃烧或热解机理研究提供参考。⑶印尼褐煤煤泥管道输送壁面滑移和真实流变特性研究。采用流量压力降法研究了印尼褐煤煤泥浆体管道输送流变特性，并采用改进的Mooney滑移修正方法，得出印尼褐煤煤泥浆体管道输送滑移系数以及管径修正指数，对实测的流变特性模型进行修正，从而获得真实流变模型。所得结论为印尼褐煤煤泥处置利用中管道输送设计提供依据。⑷单颗粒印尼褐煤煤泥流化床燃烧实验和燃烧机理模型研究。在小型流化床中开展了印尼褐煤煤泥燃烧特性和凝聚结团特性研究。分析了不同床温、不同停留时间、不同水分等影响因素对褐煤煤泥在流化床内的燃烧特性和凝聚团结特性的影响，并基于 EDS分析煤泥结团机理，提出了可以预测煤泥结团强度的模型。首先对目前常见固体燃料的燃烧模型进行综述研究，包括：煤、生物质和固体废物。综述将现有单颗粒燃料燃烧模型一一列举，为单颗粒印尼褐煤煤泥燃烧模型提供参考。在综述研究的基础上，本文考虑了印尼褐煤煤泥颗粒流化床燃烧过程中由于磨损造成的颗粒粒径减少的因素，在水分蒸发和挥发分析出模型中耦合了颗粒粒径收缩模型；并对高水分印尼褐煤煤泥水分蒸发速率动力学模型进行修正，提出了适用于高水分印尼褐煤煤泥的单颗粒水分蒸发和挥发分析出的数学模型。⑸印尼褐煤煤泥中试流化床燃烧调整研究。分别研究了鼓泡流化床(BFB)和循环流化床(CFB)中印尼褐煤煤泥的燃烧和污染物排放特性，分析了过量空气系数、给料速率、一二次风比率和二次风位置等运行条件对印尼褐煤煤泥燃烧和污染物排放的影响，通过不断优化运行条件，进行燃烧调整，改善印尼褐煤煤泥燃烧和污染物排放特性。⑹基于上述研究结果，设计了75t/h循环流化床燃用印尼褐煤煤泥技术方案。通过锅炉热力计算，获得锅炉设计参数、锅炉设计结构，并进行变负荷计算分析，最终提供完整的印尼褐煤煤泥循环流化床锅炉燃烧的技术方案。方案不仅可以有效地将煤泥加以利用，而且可以实现保护环境，节约能源的双重效益。

目录

声明

致谢

术语符号对照表

1 绪论

1.1 引言

1.2 煤泥处理技术研究

1.3 煤泥流化床燃烧的主要利用形式

1.4国内外煤泥流化床燃烧研究现状

1.5 本文选题背景和研究意义

1.6 本文研究内容及方法

2 印尼褐煤煤泥浆水分分布特性研究

2.1 引言

2.2 煤泥浆中各类型水分分类

2.3 实验材料、装置及方法

2.4 热干燥法结果与分析

2.5 TG-DSC法结果与分析

2.6 基于热干燥法利用结合能划分煤泥浆水分赋存形态

2.7 添加剂对煤泥浆水分分布的影响作用机理研究

2.8 本章小结

3 印尼褐煤煤泥热转化机理实验研究

3.1 引言

3.2 实验装置及方法

3.3 热解过程TG分析

3.4 燃烧过程TG分析

3.5 红外光谱结果分析

3.6 本章小结

4 印尼褐煤煤泥热转化机理动力学分析

4.1 引言

4.2 动力学模型

4.3 煤泥热解过程动力学分析结果

4.4 煤泥燃烧过程动力学分析结果

4.5 本章小结

5 印尼褐煤煤泥浆壁面滑移和真实流变特性研究

5.1 引言

5.2 实验材料与装置

5.3 流量-压力降测量煤泥浆流变模型

5.4 浆体管内流动壁面滑移研究

5.5 煤泥浆真实流变模型

5.6 浓度对煤泥浆真实流变特性的影响

5.7 本章小结

6 单颗粒印尼褐煤煤泥在小型流化床中的实验研究

6.1 引言

6.2 实验装置及方法

6.3 单颗粒印尼褐煤煤泥在小型流化床中的燃烧过程

6.4 单颗粒印尼褐煤煤泥流化床内凝聚结团特性及其预测模型研究

6.5 本章小结

7单颗粒印尼褐煤煤泥在小型流化床中的燃烧模型研究

7.1 引言

7.2 单颗粒固体燃料流化床内燃烧模型的研究综述

7.3 单颗粒印尼褐煤煤泥在流化床中的水分蒸发和挥发分析出的数学模型

7.4 本章小结

8 印尼褐煤煤泥浆在35 kW中试流化床内燃烧试验研究

8.1 引言

8.2 试验装置及方法

8.3 试验准备

8.4 鼓泡床燃烧和污染物排放特性

8.5 循环流化床燃烧和污染物排放特性

8.6 烟煤流化床燃烧和污染物排放特性

8.7 试验结果与中国及欧盟排放标准的对比

8.8 本章小结

9 75 t/h印尼褐煤煤泥循环流化床锅炉的方案设计

9.1 引言

9.2 75 t/h印尼煤泥循环流化床锅炉设计条件

9.3 75 t/h印尼煤泥循环流化床锅炉设计结构简介

9.4 75 t/h印尼煤泥循环流化床锅炉设计主要计算结果

9.5 75 t/h印尼煤泥循环流化床锅炉设计变工况计算及分析

9.6 本章小结

10 全文总结和展望

10.1本文研究内容总结

10.2 本文创新点

10.3 研究展望

参考文献

作者简历