淮北矿区高灰分煤活化燃烧特性及机理分析

摘要

安徽淮北矿业集团年产原煤3000余万吨，在煤炭的开采、选洗、加工利用等过程中，会产生大量的高灰分煤（灰分＞30％）、煤矸石等劣质煤。这些劣质煤因其低挥发分、高灰分、难燃烧等特点，作为燃料单独燃烧时往往燃烧难度大，燃烧不完全，形成较为严重的资源浪费及环境污染问题。因此，如何综合高效利用这些劣质煤，无论是从国家能源战略角度，还是从企业的社会效益及经济效益角度都具有十分重要的意义。　　高灰分煤的活化燃烧，是提高其燃烧效率的重要途径之一，但由于各地煤性质的差异，其催化燃烧效果也大不相同。为提高淮北矿区高灰分煤的燃烧效率，实验选取淮北临涣选煤厂的高灰分无烟煤作为研究对象，利用热重分析法，研究MnO2、Fe2O3和 K2CO3对高灰分无烟煤燃烧特性的影响，分析不同含量催化剂下无烟煤的燃烧特性参数。结果发现MnO2、Fe2O3和K2CO3均可提高高灰分无烟煤着火指数、燃尽指数、降低无烟煤的着火温度；氧弹燃烧实验表明，燃煤催化剂均可增大无烟煤的放热量，从而提高煤粉的利用效率。为解释燃煤催化剂的作用机理，采用 X射线衍射仪（XRD）对不同催化燃烧时刻下的燃烧残余物进行衍射分析，发现 Fe2O3和 K2CO3催化燃烧反应过程中催化剂及其衍生物之间会相互转化，能够促进催化燃烧过程中氧的转移，MnO2催化煤粉燃烧主要是因为受热放出氧。对催化燃烧反应过程中未燃煤粉进行傅里叶变换红外光谱（FT-IR）实验，结果表明，燃煤催化剂能够催化煤粉中的芳香族化合物等大分子的裂解，增大了小分子有机质的释放量。Fe2O3催化燃烧的氮吸附实验表明，Fe2O3的加入能够提高固定碳燃烧过程中的比表面积；对催化燃烧灰渣进行扫描电子显微（SEM），发现燃煤催化剂能够加重无烟煤的燃烧程度。催化燃烧反应中最为直接的效果是降低煤粉的着火温度，实验以临涣选煤厂的烟煤为研究对象，分析催化剂（K2CO3）含量，反应气氛中氧气的浓度，程序升温速率等实验条件对烟煤着火温度的影响，结果表明催化剂含量对着火温度影响很大，催化剂含量过多或者是过少都对催化效果产生不良影响；实验条件对催化燃烧影响较大：升温速率越快，着火温度越低；反应气氛中氧气浓度越大，烟煤着火温度越低。　　最后，结合临涣矸石电厂的实际应用情况，利用热重分析法研究临涣选煤厂不同质量配比下煤矸石与洗中煤的混合燃烧特性，分析混合燃烧特性参数;利用Coats—Redfern积分法对燃烧过程进行动力学方程进行拟合，计算燃烧反应活化能及频率因子等动力学参数，结果表明混合比对燃烧特性参数影响很大，对于燃烧过程放热特性影响不大。混合比对燃烧反应活化能影响很大，但并不随着混合样中某种组分的增大而增大或减小而减小，主要是受矿物质的影响。以期为临涣矸石电厂330MW超临界流化床锅炉的高效应用提供一定的参考价值。

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引言

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 劣质煤的利用现状

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要目的与内容

1.5 本章小结

第二章 热重分析实验

2.1 实验背景

2.2煤样的选取及制备

2.3 实验仪器及条件

2.4 煤样活化燃烧的评价指标

2.5 着火温度和燃尽温度的确定

2.6 煤样燃烧特性分析

2.7 K2CO3含量与实验条件对烟煤催化燃烧特性的影响

2.8 纳米ZnFe2O4对烟煤着火温度的影响

2.9 本章小结

第三章 高灰分煤催化燃烧作用机理分析

3.1 实验背景

3.2 X射线衍射（XRD）分析

3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）分析

3.4 扫描电镜（SEM）分析

3.5 BET方程

3.6 K2CO3降低烟煤着火温度机理分析

3.7 本章小结

第四章 洗中煤与煤矸石混合燃烧特性

4.1 实验背景

4.2实验样品及实验设备

4.3 煤样燃烧评价指标

4.4 Coats—Redfern法

4.5 实验结果与讨论

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 未来展望

参考文献

后记或致谢

作者简介及读研期间主要科研成果