脱灰准东煤加压快速热解煤焦结构和反应性的实验研究
发布时间：2022-12-18 17:33
目前,温室气体排放导致的全球气候变化是人类社会面临的最大挑战之一,严重威胁着人类的可持续发展。电力行业是CO2排放的主要来源之一,呈现碳排放量大、增速快的特点。在我国的能源结构中,煤炭一直占据着主导地位,燃煤电厂的CO2排放量无疑加重了温室效应给人们的生产生活带来的危害。低碳经济下,燃煤电厂势必成为碳减排的重要对象。为了减少CO2的排放量并提高燃煤电站的发电效率,开发研制更加节能环保、清洁高效的新型发电技术迫在眉睫。直接燃用脱灰煤的发电系统不仅可以实现烟气中CO2的捕集,还可以减少颗粒物等污染物的排放。因此,对脱灰煤的加压热解过程及其煤焦反应性展开研究能够为低阶煤的优化升级提供新的思路,为脱灰煤的清洁利用提供理论基础。在参考国内外的加压滴管反应器（Pressurized Drop Tube Reactor,PDTR）系统的基础上,本文设计搭建了比其他实验台更易于操作的小尺寸PDTR实验平台（炉体外径仅有320mm,均热段长500mm,设计温度为1100℃,压力为1.7MPa）,对系统中的加压给料机、密封结构、温度控制系统以及反应管内外压力平衡设计等技术难点进行了充分考量,并对实验台的调...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 煤脱灰的研究现状
1.3 煤热解的研究现状
1.3.1 热解条件对煤热解的影响
1.3.2 矿物质对煤热解的影响
1.3.3 热解过程对煤焦反应性的影响
1.4 煤热解反应的实验研究
1.4.1 煤热解反应的研究方法
1.4.2 加压滴管反应器实验系统
1.5 本文主要研究内容
第2章 加压滴管反应器的搭建及调试
2.1 引言
2.2 加压滴管反应器实验系统的设计方案
2.3 加压滴管反应器实验系统的搭建
2.3.1 加压滴管反应器的主体结构
2.3.2 加压滴管反应器的给粉系统
2.3.3 加压滴管反应器的气路及预热系统
2.3.4 加压滴管反应器的取样系统
2.3.5 加压滴管反应器的冷却系统和台架结构
2.4 加压滴管反应器的调试及实验方法
2.4.1 加压滴管反应器的给粉系统调试
2.4.2 加压滴管反应器的密闭性检测
2.4.3 加压滴管反应器的温度场标定
2.4.4 停留时间的计算
2.4.5 加压滴管反应器的操作方法
第3章 脱灰对煤质结构及热解反应性的影响
3.1 引言
3.2 酸洗方案及样品制备方法
3.3 测试仪器及分析方法
3.3.1 元素分析仪
3.3.2 傅里叶转换红外光谱测试
3.3.3 热重-红外联用测试
3.4 酸洗煤结构及反应性分析
3.4.1 酸洗煤化学结构
3.4.2 酸洗煤热解反应性
3.5 本章小结
第4章 脱灰煤加压快速热解煤焦的理化结构
4.1 引言
4.2 样品制备及加压快速热解实验
4.2.1 样品的制备
4.2.2 加压快速热解实验
4.3 焦样微观结构的测试仪器及方法
4.3.1 表面形貌测试
4.3.2 孔隙结构测试
4.3.3 有机官能团测试
4.3.4 碳骨架结构测试
4.4 加压热解煤焦的挥发分释放特性
4.5 加压热解煤焦的物理结构研究
4.5.1 焦样的表面形貌
4.5.2 焦样的孔隙结构
4.6 加压热解煤焦的化学结构研究
4.6.1 焦样的红外结构
4.6.2 焦样表面不同化学态的碳元素
4.6.3 焦样的碳骨架结构
4.7 本章小结
第5章 脱灰煤加压快速热解煤焦的反应性
5.1 引言
5.2 焦样制备及测试方法
5.3 恒定温度条件下的本征反应性
5.3.1 实验方法
5.3.2 计算方法
5.3.3 热解温度和压力对反应性的影响
5.3.4 脱灰煤煤焦的反应动力学分析
5.4 线性升温条件下的燃烧反应性
5.4.1 实验及计算方法
5.4.2 热解温度和压力对反应性的影响
5.4.3 焦结构与反应性的关系
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]电力系统中的碳捕集电厂:研究综述及发展新动向[J]. 程耀华,杜尔顺,田旭,张宁,康重庆. 全球能源互联网. 2020(04)
[2]逐级萃取对准东煤的热解特性影响[J]. 张志远,周前,周恒涛,饶培军,陈鸿伟,赵争辉. 热科学与技术. 2020(03)
[3]燃用准东煤电站锅炉炉膛温度场分布及结渣特性试验研究[J]. 寇希文,周俊虎,张彦威,周志军,刘建忠. 能源工程. 2020(01)
[4]制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响[J]. 柯希玮,陈陆剑,张缦,吴玉新,张海,吕俊复. 煤炭学报. 2020(02)
[5]煤热解过程中碱金属对碳黑形成的影响[J]. 董鹤鸣,杜谦,李顿,崔朝阳,高建民,吴少华. 燃烧科学与技术. 2020(01)
[6]水溶Na对高碱煤热解及氮热变迁的影响[J]. 杨天华,杨小龙,魏砾宏,开兴平,郭良振,李润东. 煤炭学报. 2020(09)
[7]低阶煤热解条件对气相产物分布和半焦结构的影响[J]. 任磊,杨凤玲,贾阳杰,狄子琛,程芳琴,孟爱国. 煤炭转化. 2019(06)
[8]N2气氛下温度和压力对煤热解的影响[J]. 吴洁,狄佐星,罗明生,王亚涛,丁肖肖,李洪娟. 化工进展. 2019(S1)
[9]低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响[J]. 吴浩,邹冲,何江永,王凯,刘占伟,师帅. 过程工程学报. 2020(04)
[10]煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响[J]. 张帅,肖睿. 中国电机工程学报. 2019(18)
博士论文
[1]碱及碱土金属对准东煤加压热解反应性影响的实验研究[D]. 谢兴.哈尔滨工业大学 2019
[2]高温携带流条件下焦炭-O2/H2O体系中氮转化规律研究[D]. 李昱澎.哈尔滨工业大学 2019
[3]准东煤热解过程中碱及碱土金属的影响及挥发行为研究[D]. 赵岩.哈尔滨工业大学 2017
[4]O2/H2O条件下CO/H2的层流火焰特性及化学动力学[D]. 孟顺.哈尔滨工业大学 2016
[5]加压条件下煤颗粒快速脱挥发分成焦特性研究[D]. 郝添翼.清华大学 2015
[6]低阶煤热解半焦的气化反应特性研究[D]. 范冬梅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]加压滴管炉研制与实验[D]. 马正中.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]热解压力和升温速率对煤焦和生物质焦结构及氧化反应性的影响[D]. 梁凤莉.太原理工大学 2017
[2]O2/H2O气氛下原煤/脱灰煤燃烧特性的实验研究[D]. 严泰森.哈尔滨工业大学 2016
[3]典型碱金属碱土金属对焦炭-CO2反应性影响的研究[D]. 王晓磊.煤炭科学研究总院 2008
[4]高温煤气化动力学及两段式气化炉的模型研究[D]. 胡文斌.清华大学 2005
本文编号：3722472
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 煤脱灰的研究现状
1.3 煤热解的研究现状
1.3.1 热解条件对煤热解的影响
1.3.2 矿物质对煤热解的影响
1.3.3 热解过程对煤焦反应性的影响
1.4 煤热解反应的实验研究
1.4.1 煤热解反应的研究方法
1.4.2 加压滴管反应器实验系统
1.5 本文主要研究内容
第2章 加压滴管反应器的搭建及调试
2.1 引言
2.2 加压滴管反应器实验系统的设计方案
2.3 加压滴管反应器实验系统的搭建
2.3.1 加压滴管反应器的主体结构
2.3.2 加压滴管反应器的给粉系统
2.3.3 加压滴管反应器的气路及预热系统
2.3.4 加压滴管反应器的取样系统
2.3.5 加压滴管反应器的冷却系统和台架结构
2.4 加压滴管反应器的调试及实验方法
2.4.1 加压滴管反应器的给粉系统调试
2.4.2 加压滴管反应器的密闭性检测
2.4.3 加压滴管反应器的温度场标定
2.4.4 停留时间的计算
2.4.5 加压滴管反应器的操作方法
第3章 脱灰对煤质结构及热解反应性的影响
3.1 引言
3.2 酸洗方案及样品制备方法
3.3 测试仪器及分析方法
3.3.1 元素分析仪
3.3.2 傅里叶转换红外光谱测试
3.3.3 热重-红外联用测试
3.4 酸洗煤结构及反应性分析
3.4.1 酸洗煤化学结构
3.4.2 酸洗煤热解反应性
3.5 本章小结
第4章 脱灰煤加压快速热解煤焦的理化结构
4.1 引言
4.2 样品制备及加压快速热解实验
4.2.1 样品的制备
4.2.2 加压快速热解实验
4.3 焦样微观结构的测试仪器及方法
4.3.1 表面形貌测试
4.3.2 孔隙结构测试
4.3.3 有机官能团测试
4.3.4 碳骨架结构测试
4.4 加压热解煤焦的挥发分释放特性
4.5 加压热解煤焦的物理结构研究
4.5.1 焦样的表面形貌
4.5.2 焦样的孔隙结构
4.6 加压热解煤焦的化学结构研究
4.6.1 焦样的红外结构
4.6.2 焦样表面不同化学态的碳元素
4.6.3 焦样的碳骨架结构
4.7 本章小结
第5章 脱灰煤加压快速热解煤焦的反应性
5.1 引言
5.2 焦样制备及测试方法
5.3 恒定温度条件下的本征反应性
5.3.1 实验方法
5.3.2 计算方法
5.3.3 热解温度和压力对反应性的影响
5.3.4 脱灰煤煤焦的反应动力学分析
5.4 线性升温条件下的燃烧反应性
5.4.1 实验及计算方法
5.4.2 热解温度和压力对反应性的影响
5.4.3 焦结构与反应性的关系
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]电力系统中的碳捕集电厂:研究综述及发展新动向[J]. 程耀华,杜尔顺,田旭,张宁,康重庆. 全球能源互联网. 2020(04)
[2]逐级萃取对准东煤的热解特性影响[J]. 张志远,周前,周恒涛,饶培军,陈鸿伟,赵争辉. 热科学与技术. 2020(03)
[3]燃用准东煤电站锅炉炉膛温度场分布及结渣特性试验研究[J]. 寇希文,周俊虎,张彦威,周志军,刘建忠. 能源工程. 2020(01)
[4]制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响[J]. 柯希玮,陈陆剑,张缦,吴玉新,张海,吕俊复. 煤炭学报. 2020(02)
[5]煤热解过程中碱金属对碳黑形成的影响[J]. 董鹤鸣,杜谦,李顿,崔朝阳,高建民,吴少华. 燃烧科学与技术. 2020(01)
[6]水溶Na对高碱煤热解及氮热变迁的影响[J]. 杨天华,杨小龙,魏砾宏,开兴平,郭良振,李润东. 煤炭学报. 2020(09)
[7]低阶煤热解条件对气相产物分布和半焦结构的影响[J]. 任磊,杨凤玲,贾阳杰,狄子琛,程芳琴,孟爱国. 煤炭转化. 2019(06)
[8]N2气氛下温度和压力对煤热解的影响[J]. 吴洁,狄佐星,罗明生,王亚涛,丁肖肖,李洪娟. 化工进展. 2019(S1)
[9]低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响[J]. 吴浩,邹冲,何江永,王凯,刘占伟,师帅. 过程工程学报. 2020(04)
[10]煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响[J]. 张帅,肖睿. 中国电机工程学报. 2019(18)
博士论文
[1]碱及碱土金属对准东煤加压热解反应性影响的实验研究[D]. 谢兴.哈尔滨工业大学 2019
[2]高温携带流条件下焦炭-O2/H2O体系中氮转化规律研究[D]. 李昱澎.哈尔滨工业大学 2019
[3]准东煤热解过程中碱及碱土金属的影响及挥发行为研究[D]. 赵岩.哈尔滨工业大学 2017
[4]O2/H2O条件下CO/H2的层流火焰特性及化学动力学[D]. 孟顺.哈尔滨工业大学 2016
[5]加压条件下煤颗粒快速脱挥发分成焦特性研究[D]. 郝添翼.清华大学 2015
[6]低阶煤热解半焦的气化反应特性研究[D]. 范冬梅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]加压滴管炉研制与实验[D]. 马正中.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]热解压力和升温速率对煤焦和生物质焦结构及氧化反应性的影响[D]. 梁凤莉.太原理工大学 2017
[2]O2/H2O气氛下原煤/脱灰煤燃烧特性的实验研究[D]. 严泰森.哈尔滨工业大学 2016
[3]典型碱金属碱土金属对焦炭-CO2反应性影响的研究[D]. 王晓磊.煤炭科学研究总院 2008
[4]高温煤气化动力学及两段式气化炉的模型研究[D]. 胡文斌.清华大学 2005
本文编号：3722472
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