高挥发分含碳燃料的热解气化研究

摘要

众所周知，煤炭的传统燃烧方式由于能耗高、效率低、污染大，己远远不能满足当代社会发展的需要。为了实现国民经济的快速可持续发展，必须要改变传统的燃烧方式，寻找新型高效的替代能源，减少直接燃煤对环境造成的污染。高挥发分含碳燃料由于气化效率高、污染物排放少等优点正日渐引起人们的重视。
　　高挥发分含碳燃料主要有三大类：低阶煤、生物质和垃圾衍生燃料（RDF）。本文采用理论计算与实验分析相结合的方法，主要针对垃圾衍生燃料进行了一系列热解气化处理研究。同时，对低阶煤和生物质类燃料的气化过程亦进行了部分的探究。
　　首先，对低阶煤和垃圾衍生燃料的气化过程进行了理论平衡计算，分析了空气煤比、蒸汽煤比以及RDF灰含量等因素对其气化过程主要技术指标的影响。同时采用热重红外联用的方法对RDF进行了热解实验研究，对比分析了在不同升温速率下热解过程中的TG曲线、DTG曲线、FT-IR能量分布曲线和气体析出的红外光谱3D图等，探究了RDF在氮气氛围下的热解特性并选用Coats-Redfern积分法对其热解动力学参数进行了计算与分析。结果表明：RDF组分复杂，其热解发生在较宽的温度范围内，热解失重从加热开始发生，且呈现阶段性变化，升温速率对其总的失重率影响并不显著；RDF热解在主要热解失重区175℃-600℃之间反应级数为1，升温速率越大,活化能越高,越不利于物料进行充分的热解反应。
　　其次，在外热式固定床热解试验台上进行了垃圾衍生燃料的热解实验研究，对比分析了其在不同热解终温下的热解产物特性。结果表明：RDF热解气主要由CO2、CO、CH4、H2和大分子烃类CnHm组成，热值较低；RDF热解炭的主要组分为灰分，含量在72％-84%之间；热解气产率受热解终温的影响较为明显，随热解终温的升高而逐渐升高。热解炭产率受热解终温的影响较小，随热解终温的升高而逐渐降低但波动幅度较小，在挥发分基本析出完毕后保持稳定。热解油产率在600℃时最大，为16.68%，之后随着热解终温的升高反而逐渐降低。
　　最后，跟随校外导师针对高挥发含碳燃料开发了一套普试的燃气焦油取样测试系统，并对山东日照生物质气化发电系统进行了焦油含量的测定以及氧化钙对焦油催化裂解效果的实验验证，这是国内首次在商业规模设备上对氧化钙焦油催化裂解效果进行现场实验，为生物质的循环流化床气化大规模工程生产提供了数据支持。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 选题简介

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 气化过程理论平衡计算

2.1 燃料气化过程理论计算模型

2.2 神华煤气化过程计算

2.3灰含量对垃圾衍生燃料气化的影响

2.4 本章小结

第3章 燃料热解特性的热重红外分析

3.1 热重红外联用（TG-FTIR）分析法

3.2 实验原料、装置和方法

3.3实验结果及分析

3.4垃圾衍生燃料热解动力学参数计算分析

3.5本章小结

第4章 燃料的固定床热解实验

4.1 实验原料、装置与方法

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第5章 气化燃气焦油水分取样测试实验

5.1 焦油取样及分析测试系统介绍

5.2 现场实验

5.3实验结果与分析

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢