O 2 /CO 2 气氛下煤矸石煤泥燃烧及污染物排放特性研究
发布时间：2021-01-19 04:45
在煤炭的开采和洗选过程中,产生大量的煤矸石、煤泥等低热值固体废弃物,其大量推存对环境造成了严重危害。在我国燃烧发电是煤矸石的主要利用途径之一。富氧燃烧技术可以有效捕集CO2,而且还可以减少燃烧过程中NOX和SO2的排放,是一种新型清洁的燃烧技术,因此越来越多的学者开始关注富氧燃烧。本文通过热重和管式炉试验,对O2/CO2下煤矸石和煤泥的燃烧特性及污染物SO2和NOX的排放特性进行研究。开展的主要内容和结论如下:（1）取朔州地区的煤矸石和煤泥作为研究对象,采用热重分析仪对煤矸石和煤泥以及二者的混合样品在O2/CO2气氛下的燃烧特性进行研究。通过对炉温、煤泥比例、升温速率以及氧浓度等因素的研究发现:在O2/CO2气氛和传统的空气气氛下煤矸石中混入煤泥可以改善煤矸石的燃烧性能;O2/CO2气氛下随着升温速率的逐...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气气氛下不同煤种单独燃烧时TG-DTG曲线
图 3.1 为煤矸石和煤泥以及贫煤在空气气氛下单独燃烧时的 TG-DTG 曲线。从图中可以看出，煤矸石和煤泥的燃烧温度范围均在 350-650℃，在该温度范围内 TG曲线上有明显的失重。煤矸石的失重率为 27.22%，煤泥的失重率为 72.23%，贫煤灰分介于煤矸石和煤泥之间（见表 2.1），失重率为 58.89%。三种煤在 300-650℃出现一个明显的失重峰，这是由于其中挥发分的含量比较低（见表 2.1），挥发分的析出阶段不明显，随后是固定碳的燃烧，所以其燃烧曲线只出现一个峰。此阶段主要为煤中挥发分和固定碳的燃烧使得煤变成半焦；第三阶段（650℃以后），TG、DTG 曲线趋于平直，此阶段半焦缩聚成焦炭，最后完全燃烧[72,86]，从 DTG 曲线上进一步证明了 350-450℃以及 450-650℃分别是挥发份和固定碳的燃烧。煤矸石、煤泥以及贫煤的着火温度分别为 455.8℃、421.56℃和 492.31℃，燃尽温度分别为 565.34℃、555.46℃和 586.34℃，说明贫煤与煤矸石和煤泥相比，其着火和燃尽性能比较差[56]。3.1.2 O2/CO2气氛下煤矸石和煤泥单独燃烧特性图 3.2 为煤矸石和煤泥以及贫煤在 O2/CO2气氛下单独燃烧时的 TG-DTG 曲线。
O2/CO2气氛下最大失重速率较低，而且最大失重速率所对应的温度明显升高，表明空气气氛下的燃烧性能要优于 O2/CO2气氛下的燃烧性能。这是由于 O2在CO2中的扩散率是 N2的 0.8 倍，CO2中的低扩散率会影响 O2向颗粒表面的转移，较低的 O2扩散会影响析出挥发分的燃烧[35,56]。由以上分析可知，贫煤的着火温度最高，而着火温度与煤中的挥发分含量有关，由表 2.1 可知贫煤中的挥发分含量相对比较低；贫煤的失重率大于煤矸石的失重率而小于煤泥的失重率，这是由于贫煤的灰分含量介于二者之间（见表 2.1）。3.2 O2/CO2气氛下煤矸石和煤泥混合燃烧特性3.2.1 O2/CO2气氛下煤泥配比对混合燃烧特性的影响本实验的条件：实验样品质量为 10±0.1mg，煤泥的混合比例分别为 20%，40%，60%，80%。保护气体为高纯氩气（99.9999%），压力为 1150mbar，反应气氛为 O2/CO2的混合气体（氧气浓度为 21%），总流量为 100ml/min，升温速率为 10℃/min，起始温度为 25℃，终止温度为 1000℃。
【参考文献】：
期刊论文
[1]O2/CO2气氛下煤粉燃烧NO排放特性[J]. 何先辉,顾明言,李红,齐永锋,楚化强. 燃烧科学与技术. 2017(06)
[2]贫煤O2/CO2气氛下燃烧时内在矿物质对SO2和NOx排放特性的影响[J]. 李文秀,王宝凤,任杰,张锴,杨凤玲,程芳琴. 燃料化学学报. 2017(10)
[3]O2/CO2气氛下煤粉燃烧SO2排放特性[J]. 刘雄伟,马文静,原辉,陈启召,刘彦丰. 广东电力. 2017(05)
[4]O2/CO2和O2/N2气氛下煤粉燃烧的着火性能和NOx排放特性[J]. 冯艳,曹文健,楚化强,顾明言. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]煤热解过程中硫的释放与转化研究[J]. 汪波,郝晓路,李永华. 电力科学与工程. 2016(10)
[6]煤泥氧化制备腐植酸及抽提工艺研究[J]. 陈友良,王水利,杜美利,高利兵,杨水兰. 煤炭技术. 2016(09)
[7]600MW电站锅炉SCR脱硝系统全负荷投运改造方案研究与工程实践[J]. 李德波,曾庭华,廖永进,余岳溪,李方勇. 广东电力. 2016(06)
[8]高温弱还原气氛下煤灰中矿物质的定量研究[J]. 马志斌,白进,李文,程芳琴. 燃料化学学报. 2016(06)
[9]富氧气氛下生物质/煤恒温混燃SO2释放实验[J]. 冯涛,王龙飞,王利伟,兰勇,解雪涛. 热力发电. 2016(03)
[10]流化床空气和富氧燃烧气氛下SO2的释放和脱除特性比较研究（英文）[J]. 郑志敏,王辉,杨利,魏星,郭永军,郭帅,吴少华. Journal of Southeast University（English Edition）. 2015(02)
博士论文
[1]煤矸石燃烧特性及影响机制研究[D]. 张圆圆.山西大学 2016
[2]褐煤热解分级转化多联产工艺的关键问题研究[D]. 郭志航.浙江大学 2015
[3]无烟煤粉预热及其燃烧和污染物生成特性实验研究[D]. 欧阳子区.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[4]油页岩及半焦混合燃烧特性理论与试验研究[D]. 孙佰仲.华北电力大学（北京） 2009
[5]O2/CO2气氛下钙基脱硫剂脱硫机理研究[D]. 陈传敏.东南大学 2005
[6]O2/CO2煤粉燃烧脱硫及NO生成特性实验和理论研究[D]. 刘彦.浙江大学 2004
硕士论文
[1]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[2]淮北矿区煤矸石高效复配技术的工业应用研究[D]. 戴荣家.安徽建筑大学 2014
[3]煤泥、粉煤灰、煤矸石制备陶粒及应用基础研究[D]. 杨稔.昆明理工大学 2012
[4]O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性及污染物排放特性研究[D]. 谢敬思.山东大学 2012
[5]300MW燃煤矸石循环流化床锅炉研究[D]. 胡瑞金.上海交通大学 2011
[6]动力用煤混烧生物质燃烧特性及污染物排放特性研究[D]. 王宪红.山东大学 2010
[7]煤粉在O2/CO2气氛下燃烧烟气换热特性研究[D]. 薛宪阔.华北电力大学（河北） 2009
[8]O2/CO2气氛下的燃烧热声不稳定试验研究[D]. 陈君榜.浙江大学 2008
本文编号：2986363
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气气氛下不同煤种单独燃烧时TG-DTG曲线
图 3.1 为煤矸石和煤泥以及贫煤在空气气氛下单独燃烧时的 TG-DTG 曲线。从图中可以看出，煤矸石和煤泥的燃烧温度范围均在 350-650℃，在该温度范围内 TG曲线上有明显的失重。煤矸石的失重率为 27.22%，煤泥的失重率为 72.23%，贫煤灰分介于煤矸石和煤泥之间（见表 2.1），失重率为 58.89%。三种煤在 300-650℃出现一个明显的失重峰，这是由于其中挥发分的含量比较低（见表 2.1），挥发分的析出阶段不明显，随后是固定碳的燃烧，所以其燃烧曲线只出现一个峰。此阶段主要为煤中挥发分和固定碳的燃烧使得煤变成半焦；第三阶段（650℃以后），TG、DTG 曲线趋于平直，此阶段半焦缩聚成焦炭，最后完全燃烧[72,86]，从 DTG 曲线上进一步证明了 350-450℃以及 450-650℃分别是挥发份和固定碳的燃烧。煤矸石、煤泥以及贫煤的着火温度分别为 455.8℃、421.56℃和 492.31℃，燃尽温度分别为 565.34℃、555.46℃和 586.34℃，说明贫煤与煤矸石和煤泥相比，其着火和燃尽性能比较差[56]。3.1.2 O2/CO2气氛下煤矸石和煤泥单独燃烧特性图 3.2 为煤矸石和煤泥以及贫煤在 O2/CO2气氛下单独燃烧时的 TG-DTG 曲线。
O2/CO2气氛下最大失重速率较低，而且最大失重速率所对应的温度明显升高，表明空气气氛下的燃烧性能要优于 O2/CO2气氛下的燃烧性能。这是由于 O2在CO2中的扩散率是 N2的 0.8 倍，CO2中的低扩散率会影响 O2向颗粒表面的转移，较低的 O2扩散会影响析出挥发分的燃烧[35,56]。由以上分析可知，贫煤的着火温度最高，而着火温度与煤中的挥发分含量有关，由表 2.1 可知贫煤中的挥发分含量相对比较低；贫煤的失重率大于煤矸石的失重率而小于煤泥的失重率，这是由于贫煤的灰分含量介于二者之间（见表 2.1）。3.2 O2/CO2气氛下煤矸石和煤泥混合燃烧特性3.2.1 O2/CO2气氛下煤泥配比对混合燃烧特性的影响本实验的条件：实验样品质量为 10±0.1mg，煤泥的混合比例分别为 20%，40%，60%，80%。保护气体为高纯氩气（99.9999%），压力为 1150mbar，反应气氛为 O2/CO2的混合气体（氧气浓度为 21%），总流量为 100ml/min，升温速率为 10℃/min，起始温度为 25℃，终止温度为 1000℃。
【参考文献】：
期刊论文
[1]O2/CO2气氛下煤粉燃烧NO排放特性[J]. 何先辉,顾明言,李红,齐永锋,楚化强. 燃烧科学与技术. 2017(06)
[2]贫煤O2/CO2气氛下燃烧时内在矿物质对SO2和NOx排放特性的影响[J]. 李文秀,王宝凤,任杰,张锴,杨凤玲,程芳琴. 燃料化学学报. 2017(10)
[3]O2/CO2气氛下煤粉燃烧SO2排放特性[J]. 刘雄伟,马文静,原辉,陈启召,刘彦丰. 广东电力. 2017(05)
[4]O2/CO2和O2/N2气氛下煤粉燃烧的着火性能和NOx排放特性[J]. 冯艳,曹文健,楚化强,顾明言. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]煤热解过程中硫的释放与转化研究[J]. 汪波,郝晓路,李永华. 电力科学与工程. 2016(10)
[6]煤泥氧化制备腐植酸及抽提工艺研究[J]. 陈友良,王水利,杜美利,高利兵,杨水兰. 煤炭技术. 2016(09)
[7]600MW电站锅炉SCR脱硝系统全负荷投运改造方案研究与工程实践[J]. 李德波,曾庭华,廖永进,余岳溪,李方勇. 广东电力. 2016(06)
[8]高温弱还原气氛下煤灰中矿物质的定量研究[J]. 马志斌,白进,李文,程芳琴. 燃料化学学报. 2016(06)
[9]富氧气氛下生物质/煤恒温混燃SO2释放实验[J]. 冯涛,王龙飞,王利伟,兰勇,解雪涛. 热力发电. 2016(03)
[10]流化床空气和富氧燃烧气氛下SO2的释放和脱除特性比较研究（英文）[J]. 郑志敏,王辉,杨利,魏星,郭永军,郭帅,吴少华. Journal of Southeast University（English Edition）. 2015(02)
博士论文
[1]煤矸石燃烧特性及影响机制研究[D]. 张圆圆.山西大学 2016
[2]褐煤热解分级转化多联产工艺的关键问题研究[D]. 郭志航.浙江大学 2015
[3]无烟煤粉预热及其燃烧和污染物生成特性实验研究[D]. 欧阳子区.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[4]油页岩及半焦混合燃烧特性理论与试验研究[D]. 孙佰仲.华北电力大学（北京） 2009
[5]O2/CO2气氛下钙基脱硫剂脱硫机理研究[D]. 陈传敏.东南大学 2005
[6]O2/CO2煤粉燃烧脱硫及NO生成特性实验和理论研究[D]. 刘彦.浙江大学 2004
硕士论文
[1]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[2]淮北矿区煤矸石高效复配技术的工业应用研究[D]. 戴荣家.安徽建筑大学 2014
[3]煤泥、粉煤灰、煤矸石制备陶粒及应用基础研究[D]. 杨稔.昆明理工大学 2012
[4]O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性及污染物排放特性研究[D]. 谢敬思.山东大学 2012
[5]300MW燃煤矸石循环流化床锅炉研究[D]. 胡瑞金.上海交通大学 2011
[6]动力用煤混烧生物质燃烧特性及污染物排放特性研究[D]. 王宪红.山东大学 2010
[7]煤粉在O2/CO2气氛下燃烧烟气换热特性研究[D]. 薛宪阔.华北电力大学（河北） 2009
[8]O2/CO2气氛下的燃烧热声不稳定试验研究[D]. 陈君榜.浙江大学 2008
本文编号：2986363
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