煤矸石及其掺混生物质木屑的燃烧特性实验研究

发布时间：2020-04-10 22:50

【摘要】：煤矸石作为我国产量最大的固体废弃物之一,其综合利用率低,大量堆积的煤矸石不仅造成了土地资源的浪费,还会污染土壤、地下水和地表水。煤矸石山自燃所排放的大量有毒气体,同样对环境造成了极大的破坏。通过燃烧的方式利用煤矸石,不仅可以大规模消耗煤矸石,还可以生产发电和供热供暖,提高煤矸石的综合利用效率。本文以煤矸石和生物质木屑为研究对象,利用金属成型模具,将纯煤矸石、煤矸石掺混10%和20%木屑的三种粉末样品压制成固体颗粒成型燃料。在管式加热炉中,分别设定CO2/O2氛围下不同的气流温度、气流流速和氧气浓度,研究纯煤矸石颗粒燃料的着火模式、着火延迟和内部着火温度等着火特性,以及挥发分的燃烬时间和燃烧过程等燃烧特性:改变背景气体氛围为空气氛围,保证气流温度和流速不变,进行煤矸石及煤矸石掺混两种不同比例木屑的混合颗粒的燃烧实验,结合热重分析研究煤矸石及其掺混木屑后的特征温度、失重速率和活化能等参数的变化规律。实验结果表明:CO2/O2氛围下的煤矸石颗粒燃料有三种不同的着火模式,分别为挥发分的均相着火、焦或者碳的非均相着火以及均相非均相同时着火模式。颗粒的着火延迟和内部着火温度变化规律相似,皆随气流温度的升高,气流流速的增加和氧气浓度的增大而减小。当煤矸石掺混木屑后,混合样品在热重燃烧时的着火温度和燃烬温度都显著减小,对应的综合燃烧性能指数呈指数增大,平均活化能减小,证明了木屑的添加对煤矸石燃料燃烧有促进作用;相比纯煤矸石颗粒,煤矸石混合木屑的成型燃料在立式加热炉中的着火延迟和着火温度同样显著减少。纯煤矸石颗粒的挥发分燃烧火焰只存在颗粒的上部,添加木屑后,颗挥发分火焰能够完全包裹颗粒,甚至在高温高气流速度下,出现火焰喷射的火舌现象。
【图文】：

阴燃,挥发分,火焰,表面

而得到颗粒的着火模式［４４］。当颗粒煤矸石燃料是挥发分先着火时，这种着火模式逡逑即为均相着火，而当焦或碳率先着火，则是非均相着火。实验出现了三种不同的逡逑着火模式，图２．２（ａ）中只有颗粒底部出现了表面阴燃，阴燃部分逐渐变红且亮度逡逑增加，在此之前并没有观察到任何火焰，颗粒其他部位也没有明显的变化，这种逡逑着火模式为典型的非均相着火，这种着火类型一般发生在实验燃烧条件不剧烈或逡逑者十分剧烈时，其中前者主要是焦的着火，后者为碳的着火。图２．２（ｂ）中，能观逡逑察到着火时有明显的火焰，这种着火现象与非均相着火相比差异巨大，整个颗粒逡逑燃料像蜡烛一样，火焰聚集在颗粒燃料的上部，这种着火现象被分类为均相着火。逡逑在图２．２（ｃ）中，能够同时观察到颗粒表面阴燃和挥发分着火，其中阴燃发生在颗逡逑粒的下表面，而挥发分着火发生在颗粒的上表面，这种均相和非均相着火同时发逡逑生的着火模式作为第三种着火模式

模式分布,模式分布,气流流速,煤矸石

逑相着火。逡逑图２．５给出了气流温度一定时，煤矸石颗粒着火模式随氧气浓度和气流流速逡逑变化而变化的分布图。当气流温度为９２３邋Ｋ时，煤矸石颗粒的着火模式分布规律逡逑与图２．４中气流流速为５邋Ｌ／ｍｉｎ时的着火机理分布规律相似，，其中左下区域和右逡逑上区域的着火模式为非均相着火，中间区域的着火模式为均相着火，临界线上的逡逑着火模式则是均相非均相同时着火。当温度升高到１０２３邋Ｋ和１１２３邋Ｋ时，与９２３逡逑Ｋ温度相比可以发现，左下方低气流流速和低氧浓度区域中的焦的非均相着火模逡逑式完全消失，且当氧气浓度低于５０％时，煤矸石颗粒的着火主要是挥发分的均相逡逑着火，氧气浓度高于５０％后，着火模式则变为碳的非均相着火，当气流流速为５逡逑Ｌ／ｍｉｎ时
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6;TD849.5

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