低阶煤与无烟煤混合燃烧特性

摘要

煤炭是我国的主要能源，随着优质动力煤资源逐年减少及国家对燃煤电厂污染物排放要求的日益严格，清洁高效利用储量丰富的褐煤与低变质烟煤等低阶煤已成为国家能源可持续发展的重大战略需求。由于低阶煤成煤时间相对较短，通常呈现挥发分高、水分高和发热量低等特点，导致其利用难度较大。同时固定碳高而挥发分极低的无烟煤存在着火难、燃尽温度高及NOx排放较高等缺陷。因此，根据低阶煤和无烟煤各自特性开展其混合热解和燃烧特性研究，实现两者优势互补，将是煤炭清洁高效利用的一种有效途径。
　　本论文选用两种低阶煤（京隆褐煤、准东煤）与一种无烟煤（阳泉无烟煤）作为研究对象，采用同步热分析仪与质谱仪联用方法，研究了氩气与空气气氛下低阶煤和无烟煤单一及其不同混合比例的热解与燃烧特性，探讨了反应过程中主要气体产物析出特性及其生成机理。
　　首先，在氩气气氛下考察了两种低阶煤与无烟煤的单独热解特性及其反应过程中主要气体产物(H2、CH4、H2O、CO2、NO2、SO2)的析出特性。结果表明热解初始温度和失重率与煤种密切相关，其中京隆褐煤的初始温度最低且失重率最大，阳泉无烟煤的初始温度最高且失重率最小，准东煤介于两者之间;三种煤热解过程中甲烷的析出温度均低于氢气，褐煤热解时呈现两个明显的水分特征峰，而准东煤和无烟煤的特征并不明显。将两种低阶煤分别掺入无烟煤，均显著地降低了其热解初始温度，增强了反应活性。
　　其次，在空气气氛下考察了两种低阶煤与无烟煤的混合燃烧及其反应过程中主要气体产物(CO2、H2O、NO2、SO2)的析出特性。结果表明随着无烟煤中低阶煤掺入比例增加，尽管稳燃指数和燃尽性能指数没有明显的变化规律，但着火性能指数与综合燃烧性能指数均呈现增大的趋势;通过对气体产物的比较，可以发现SO2释放强度显著降低，但CO2和NO2释放强度有所增加。综合考虑准东煤和京隆褐煤掺入阳泉无烟煤的适宜比例分别为40％和20％。
　　进而，采用Coats-Red fern、Flynn-Wall-Ozawa和Kissinger-Akahira-Sunose三种方法，获得了低阶煤和无烟煤单独燃烧及其混合燃烧的动力学参数，结果表明本实验范围内焦炭氧化过程可以近似为一级反应，对于低阶煤和无烟煤混合燃烧，准东煤和京隆褐煤掺入比例分别为40％和20％时混煤燃烧平均活化能最小，与上述结果相吻合。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 煤热解特性研究现状

1．3 煤燃烧特性研究现状

1．4 本论文主要研究内容

第2章 实验装置及方法

2．1 实验样品制备

2．2 煤的工业分析与元素分析

2．3 热重质谱联用技术

2．4 实验方案与参数定义

2．4．1 热解实验方案

2．4．2 燃烧实验方案

2．4．3 热解燃烧性能参数定义

2．5 本章小结

第3章 低阶煤与无烟煤热解特性

3．1 单独热解特性

3．1．1 单独热解TG-DTG曲线分析

3．1．2 升温速率的影响

3．1．3 热解产物析出特性

3．2 混煤热解特性

3．3 本章小结

第4章 低阶煤与无烟煤燃烧特性

4．1 单独燃烧特性

4．1．1 单独燃烧TG-DTG曲线分析

4．1．2 单独燃烧气体产物分析

4．1．3 升温速率的影响

4．1．4 粒径的影响

4．2 混合燃烧特性

4．2．1 掺混比例的影响

4．2．2 燃烧性能参数

4．2．3 混燃产物气体析出特性

4．3 本章小结

第5章 混煤燃烧动力学计算

5．1 动力学计算理论与方法

5．2 燃烧动力学计算

5．2．1 Coats-Redfern法

5．2．2 FWO法与KAS法

5．3 本章小结

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢