基于可视化实验平台的煤泥爆裂特性研究

发布时间：2020-05-08 17:44

【摘要】：煤泥作为煤炭洗选过程的副产品,产量逐年增多。但由于其自身具有高水分、高灰分、低热值等特性常被作为劣质燃料。当含水煤泥在炉内燃烧时会出现明显的爆裂现象。煤泥的爆裂一方面有助于煤泥的快速燃尽,另一方面也会对炉内的运行造成一定影响。因此,有必要对煤泥的爆裂特性进行研究。本文选用三种典型的煤泥,在可视化试验平台上对单颗粒煤泥球团的进行相关试验,采用高清摄像机和称重系统对煤泥的爆裂过程进行记录,分析了煤泥含水量、炉内温度对不同种类煤泥的爆裂初始时间、持续时间、图像及尺寸变化等有关爆裂特性的影响;采用高速摄像机及SEM,N_2吸附等分析测试手段对煤泥爆裂的诱因、爆裂模式及机理等进行了进一步的探究。对比分析了不同煤泥爆裂前后煤泥样品的挥发分含量、孔隙结构及微观形貌的变化。并探讨了含水量对于煤泥孔隙结构、爆裂模式的影响。得到了有价值的结果。研究结果表明,煤泥的爆裂是含水煤泥在高温下快速干燥的过程,爆裂的原因为在高温条件下水分快速析出撑破外部干燥壳层所致,与煤泥中的挥发分含量无关。煤泥爆裂的形式为煤泥外部干燥壳层以间歇的方式逐层从煤泥球团外表面脱落。爆裂完成后会留下大小不等的剩余核心,核心的大小因不同煤泥的爆裂特性而异,爆裂较强的煤泥留下的核心球团相对较小。煤泥是否发生爆裂会存在一个临界水分值,当煤泥含水量低于这个值时煤泥则不会发生爆裂。不同含水量的煤泥存在一个含水量范围使得煤泥爆裂的强度较大,并且该范围因煤泥的种类而异。提高炉内温度可使煤泥的爆裂时间提前,含水量高的煤泥爆裂初始时间较长。在高速摄像机观测下,煤泥爆裂瞬间外部干燥壳层会破碎成很多碎片及细小颗粒。壳层破碎的形式受煤泥的含水量影响较大,在较高含水量时煤泥外表部分区域开始破裂。煤泥爆裂的频率同样受含水量的影响,含水量较高的煤泥爆裂的频率较高。煤泥的微观结构是由大量的大小不等的颗粒相互堆叠组成。孔径分布形式为由大量的微孔、中孔及大孔组成的连续性多孔结构。爆裂的作用会使颗粒的堆积状态发生改变,从而在一定程度上影响煤泥的孔隙结构变化。煤泥爆裂后碎片的孔隙结构与初始状态的煤泥相比,爆裂后的煤泥孔隙结构会变得更为复杂。爆裂后煤泥中孔的含量会明显增加,且会随着煤泥含水量的提高而呈逐渐增加的趋势。
【图文】：

原煤,比率,煤炭,煤泥

研究背景及意义来源自国家重点研发计划子课题“660MW 高效超超临界循环流技术研究”，所属专项“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”。本不同含水量的煤泥球团在不同炉温下的爆裂特性，探究引起煤析含水量及炉温对煤泥爆裂行为的影响，为煤泥的清洁高效利用行基础研究准备。BP 世界能源展望 2017》，中国作为世界上最大的煤炭市场及煤35 年中国的煤炭销量约占全球煤炭销量的近一半[1]。目前煤炭依次能源，随着我国对能源需求的日益增长，煤炭也将转向更清洁，对煤炭的清洁利用要求日益苛刻，，使得各个煤矿企业对煤炭洗]，如图 1-1 所示。依据《煤炭清洁高效利用行动计划（2015－202，我国原煤的入选比率目标是达到 80%以上。2020 年我国原煤产吨，那么按此计算入选原煤总量将超过 36 亿吨，到那时煤泥产[3]。由此可见，随着煤泥产量的连年增多，煤泥的处理及利用成。

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图 1-2 堆放的煤泥目前对于煤泥的利用主要以锅炉燃烧利用为主，部分热值低难燃的煤泥用于作填料、制砖、制水泥等工业应用[9]。当含水煤泥以较大块状的形式送入炉内燃烧时，煤泥会形成具有一定强度的凝聚团，且在形成凝聚团的过程中煤泥会发生明显的爆裂现像，即大快的煤泥会破碎成许多碎块[10]。煤泥爆裂后破碎成很多碎片一方面可加快煤泥在炉内的燃烧及燃尽过程，但另一方面爆裂后产生的部分细小颗粒还会造成扬析损失，同时对锅炉的稳定运行还会造成一定影响。基于上述背景，随着煤炭洁净利用要求的提高，作为煤炭洗选过程副产品的煤泥产量也必然逐年增多。而煤泥的燃烧利用是将煤泥变废为宝的非常有效的处理方式。必然会有大量的煤泥通过混烧或纯烧的形式在流化床中得以利用。但是对绝大多数煤泥而言，当煤含有一定水分时在炉内燃烧必然会发生爆裂现象。因此，对于煤泥爆裂特性的研究则非常必要。基于此，本文利用可视化试验台及在线称重装置对煤泥的爆裂特性展开研究，探究煤泥含水量及炉温对于煤泥爆裂特性的影响，同时对煤泥爆裂后样品进行分析测试。1.2 国内外的研究现状
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD94

【参考文献】