准东煤气化特性及其循环流化床气化过程的床料团聚和飞灰沉积特性

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:king20051400
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
新疆准东煤储量丰富,但由于煤中碱(土)金属含量较高,导致其在循环流化床(CFB)气化过程中出现了床料颗粒团聚和设备沾污等问题,这显著限制了其高效清洁及规模化应用。本文首先利用固定床实验系统研究了准东原煤和水洗准东煤的气化特性及其气化过程的碱(土)金属转化规律,在此基础上利用小型循环流化床实验系统研究了准东煤气化时的床料团聚和飞灰沉积特性,并进一步探索了干燥提质对准东煤理化性质和气化及氧化特性的影响,以期为准东煤气化的工业化应用提供理论依据和基础研究数据。本文的主要研究工作及结论如下:(1)利用固定床和小型CFB实验系统气化准东煤,获得了其气化特性基础数据及温度、气氛、水洗和空气当量比(ER)等参数的具体影响。固定床气化时,升温会提高气化反应速率;气化剂H2O/CO2摩尔比小于0.5时,水煤气变换反应受到抑制,而Boudouard反应占主导;水洗显著降低了准东煤气化反应活性。CFB气化时,随着ER从0.73降低至0.33,煤气热值从1.82 MJ/Nm~3增加至2.62 MJ/Nm~3;碳转化率、煤气产率和冷煤气效率均降低,说明煤转化为煤气的比例减少。(2)对固定床气化残灰进行分析表征,揭示了准东煤气化过程中碱(土)金属的转化规律及温度、气氛和水洗的影响。850℃纯水蒸气气氛下,气化残灰中含有Na Al Si O4、Na Fe2O3、Ca CO3等碱(土)金属矿物,950℃时则新增Na2Si3O7、Na4Al2Si2O9、Ca O等矿物,表明升高温度会促进碱(土)金属矿物参与矿物反应;气化剂中CO2提升至75%后新增Na4Al2Si2O9、Na2Si3O7和Na2Ca Si O4等矿物,但Ca CO3和Ca O含量增加,表明提高CO2比例会促进钠参与的矿物反应但会抑制钙相矿物的分解或反应;在水洗准东煤的气化残灰中仅发现Na Al Si O4这一与钠相关矿物,但其XRD峰值较弱,表明脱除水溶性钠后煤灰中钠参与的矿物反应变弱。(3)利用CFB实验系统气化准东煤,对炉膛底渣、飞灰和沉积灰的微观形貌、矿物组成和熔融特性进行分析表征,进一步明晰了焦炭对床料颗粒团聚和飞灰沉积的影响。在床料团聚方面,在底渣中发现了石英团聚颗粒和焦炭型团聚颗粒(焦炭被石英和灰颗粒包裹)。煤灰-石英的反应导致石英颗粒被粘性硅酸钠包覆,进而引发了石英颗粒团聚。焦炭型团聚颗粒内部相对中空,壳体由低熔点Na Fe Si2O6、硅酸钠和石英颗粒组成;此外,通过SEM发现焦炭颗粒被粘性灰颗粒包裹,导致石英和灰颗粒粘附在粘性焦炭表面。由此可知焦炭型团聚体是由粘性焦炭、低熔点Na Fe Si2O6和硅酸钠共同作用导致。原位分析焦炭型团聚体的熔融特性发现:800℃时(低于床温900℃)其表面局部区域呈熔融液相,这对引发团聚的低熔点矿物有了进一步认知。在飞灰沉积方面,气化飞灰固定碳含量较高(68.73-74.38 wt%),且随着空气当量比降低,取样枪表面沉积灰中未燃碳含量增加,导致沉积灰烧结倾向降低,然而取样枪顶部沉积灰中Na Cl含量增加,引发了严重的腐蚀。(4)对准东煤进行干燥提质并对提质煤的气化和氧化特性进行实验研究,阐明了干燥温度和气氛对提质煤理化性质及其气化和氧化活性的影响。结果表明,干燥温度和气氛显著影响提质煤的比表面积、元素和含氧官能团含量等理化结构指标,进而影响提质煤的气化和氧化特性。氮气气氛下,随着温度从150℃升高至400℃,准东煤中含氧官能团和水分逐渐分解并析出,导致煤样比表面积、氧元素和含氧官能团含量降低,因此煤的氧化活性和气化初期的反应活性下降。模拟烟气气氛下,准东煤中含氧官能团逐渐分解,但温度提高至300-400℃时,其他基团会被氧化成含氧官能团,因此提质煤的含氧官能团和氧化活性出现先降低后升高的趋势,但是气化反应活性无明显差异。
其他文献
CO2是温室气体,又是钢铁工业废气的主要组成部分,研究CO2的循环利用,是节能减排的重要途径,也是近年来冶金工业研究者的研究热点。课题组前期利用CO2的弱氧化性以及低放热性等特点,研究了含钒铁水CO2-O2混合喷吹、CO2-O2复合喷吹模式下的碳钒氧化规律及最佳喷吹比例,理论及实验上证明了CO2可以用于含钒铁水的提钒。本文通过对CO2与含钒铁水作用的热效应、搅拌利用率以及搅拌特性研究,分析CO2在
学位
开放式液滴微流控技术(Open Droplet Microfluidics)是指通过在开放式表面上操控具有微小体积的离散态液滴,将传统实验室中样品制备、筛选、检测等功能集成到一块表面积为数平方厘米的微型芯片上。开放式液滴微流控技术不仅具有传统微流控技术的优点,如试剂量小、操控精确、比表面积大、高度集成化等,同时还具有便于线上分析、兼容性好、避免交叉污染等独特优点,在生物医学、精细化工、材料学和检测
学位
由于世界范围内严峻的能源危机与淡水资源匮乏问题,零能耗的太阳能界面蒸发系统在海水淡化工程中扮演着日益重要的角色。然而,受制于该系统中光热转换材料太阳光谱吸收率以及光热转换效率的低下,太阳能蒸发系统的淡水产力与传统海水淡化技术相比还有较大差距,因此其低倍数的产水速率限制了进一步大规模应用。可见,光热转换材料的光-热能量转换性能是提升系统整体产水速率的关键问题,而提升光热转换效率的重要途径是对系统中光
学位
目前工业生产中能源利用效率较低,存在大量的能源浪费。这些能源损失主要以热能的形式排放,同时也会造成环境污染等问题。因此对废热进行综合回收与利用是解决化石能源短缺和环境污染等问题的重要途径。目前,我国的中高温余热利用技术已比较成熟,而低温余热资源由于存在回收难度大、初投资高、可用能低等挑战导致其回收率较低,特别是温度低于130℃的低温余热。热再生氨电池(Thermally regenerative
学位
随着工业化和城市化的快速发展,带来了日趋严重的能源危机及环境污染问题。其中水污染问题成为当今社会关注的污染问题之一。光催化燃料电池(Photocatalytic fuel cell,PFC)以太阳能为驱动力,可以实现降解废水同时回收其中化学能进而产电。光催化燃料电池由于其成本较低、氧化能力强、反应条件温和等优点而在废水处理和可再生能源利用中具有非常广阔的发展前景。然而,目前光催化燃料电池中光阳极普
学位
煤炭资源的使用是产生温室效应的主要原因,因此实现煤的清洁高效利用对我国实现碳中和及碳达峰有着重要意义。有学者认为添加催化剂可以实现煤的高效利用,但是使用商用催化剂成本太高,故而研究者们把目光转向了清洁能源生物质,大量研究表明将煤和生物质共同利用是一种可以缓解能源匮乏和环境恶化的方法。本文选用麦秆作为研究对象,研究其与烟煤(BC)混合燃烧的反应特性和动力学行为,再研究生物质灰对煤燃烧反应特性的影响,
学位
铁氧化物参与的还原成渣过程是高炉中最基本也是最重要的反应,随着钢铁工业发展过程中由于环境压力及资源变化等问题不断出现的技术变革,铁氧化物的还原成渣过程由于还原剂及矿石多样化呈现不同的行为规律,因此研究气相和固相内组分竞争对还原过程以及成渣过程的影响对于探索气固相还原过程的基本规律以及工业实际操作优化具有重要意义。为探究相内组分相互作用对于铁氧化物参与的还原及成渣过程行为的影响,分别以CO和H2以及
学位
近年来,社会对工业生产节能降耗的要求日益提高,钢铁行业作为高污染、高能耗、高排放行业,节能降耗、绿色化生产迫在眉睫。转炉单元是钢铁生产过程中的重要生产环节,提高转炉单元物质能量转换效率有利于实现钢铁企业能源高效利用。针对转炉单元能量优化问题,本文从转炉单元物质能量转换分析、能量预测以及能量优化等方面展开研究。论文以转炉为研究对象,根据转炉单元主要的物质能量转换定义了碳氧转换率。提出了基于模式分类的
学位
为有效降低建筑能耗和室内空气污染,多功能型Trombe墙已成为太阳能建筑一体化技术的研究热点之一。本文首先提出一种新型的带有催化功能的光伏型Trombe墙——部分覆盖光伏电池的双层热催化型Trombe墙(PV-TC-TW),然后基于能量平衡和质量平衡原理,构建了一种用于带有催化功能的光伏型Trombe墙性能分析和评价的非稳态集总模型;结合已有的光伏光催化型Trombe墙(PV-PC-TW)研究,在
学位
直接AC-AC变换器凭借单级转换、效率高和变换器体积小等特点在需要调压和稳压的场合具有明显的优势而被广泛应用。随着直接AC-AC变换器应用系统中负载种类的增加,对直接AC-AC变换器电路的输入电流谐波、调压范围和输入功率因数的要求也逐渐提高。为了进一步提高直接AC-AC变换器电路的性能以满足不同类型负载的需求,研究直接AC-AC变换器电路并探索通过DC-DC变换器电路的拓扑推衍全新的直接AC-AC
学位