淮北矿区高灰分煤活化燃烧特性及机理分析

发布时间：2020-05-10 22:54

【摘要】：安徽淮北矿业集团年产原煤3000余万吨,在煤炭的开采、选洗、加工利用等过程中,会产生大量的高灰分煤(灰分30%)、煤矸石等劣质煤。这些劣质煤因其低挥发分、高灰分、难燃烧等特点,作为燃料单独燃烧时往往燃烧难度大,燃烧不完全,形成较为严重的资源浪费及环境污染问题。因此,如何综合高效利用这些劣质煤,无论是从国家能源战略角度,还是从企业的社会效益及经济效益角度都具有十分重要的意义。高灰分煤的活化燃烧,是提高其燃烧效率的重要途径之一,但由于各地煤性质的差异,其催化燃烧效果也大不相同。为提高淮北矿区高灰分煤的燃烧效率,实验选取淮北临涣选煤厂的高灰分无烟煤作为研究对象,利用热重分析法,研究MnO_2、Fe_2O_3和K_2CO_3对高灰分无烟煤燃烧特性的影响,分析不同含量催化剂下无烟煤的燃烧特性参数。结果发现MnO_2、Fe_2O_3和K_2CO_3均可提高高灰分无烟煤着火指数、燃尽指数、降低无烟煤的着火温度;氧弹燃烧实验表明,燃煤催化剂均可增大无烟煤的放热量,从而提高煤粉的利用效率。为解释燃煤催化剂的作用机理,采用X射线衍射仪(XRD)对不同催化燃烧时刻下的燃烧残余物进行衍射分析,发现Fe_2O_3和K_2CO_3催化燃烧反应过程中催化剂及其衍生物之间会相互转化,能够促进催化燃烧过程中氧的转移,MnO_2催化煤粉燃烧主要是因为受热放出氧。对催化燃烧反应过程中未燃煤粉进行傅里叶变换红外光谱(FT-IR)实验,结果表明,燃煤催化剂能够催化煤粉中的芳香族化合物等大分子的裂解,增大了小分子有机质的释放量。Fe_2O_3催化燃烧的氮吸附实验表明,Fe_2O_3的加入能够提高固定碳燃烧过程中的比表面积;对催化燃烧灰渣进行扫描电子显微(SEM),发现燃煤催化剂能够加重无烟煤的燃烧程度。催化燃烧反应中最为直接的效果是降低煤粉的着火温度,实验以临涣选煤厂的烟煤为研究对象,分析催化剂(K_2CO_3)含量,反应气氛中氧气的浓度,程序升温速率等实验条件对烟煤着火温度的影响,结果表明催化剂含量对着火温度影响很大,催化剂含量过多或者是过少都对催化效果产生不良影响;实验条件对催化燃烧影响较大:升温速率越快,着火温度越低;反应气氛中氧气浓度越大,烟煤着火温度越低。最后,结合临涣矸石电厂的实际应用情况,利用热重分析法研究临涣选煤厂不同质量配比下煤矸石与洗中煤的混合燃烧特性,分析混合燃烧特性参数;利用Coats—Redfern积分法对燃烧过程进行动力学方程进行拟合,计算燃烧反应活化能及频率因子等动力学参数,结果表明混合比对燃烧特性参数影响很大,对于燃烧过程放热特性影响不大。混合比对燃烧反应活化能影响很大,但并不随着混合样中某种组分的增大而增大或减小而减小,主要是受矿物质的影响。以期为临涣矸石电厂330MW超临界流化床锅炉的高效应用提供一定的参考价值。
【图文】：

燃尽,燃烧速度,热重分析

安徽建筑大学硕士学位论文第二章热重分析实验催化剂，其着火与燃尽指数越高，其催化燃烧效果越好。实验通过煤样的热重分析数据计算出着火和燃尽指数[44-45]。max0( )=imdwdtDt t，，max12( )fm fdwdtDt t t 式中，max( )dwdt为最大燃烧速度，mt 为最大燃烧速度所对应的时间，0t 为着火所需要的时间，12 t为max1( ) 2dw dtdw dt 时所对应的时间区域，ft 为燃尽所需要的时间。2.5 着火温度和燃尽温度的确定

过程图,硕士学位论文,热重分析,煤样

安徽建筑大学硕士学位论文第二章热重分析实验100 200 300 400 500 600 700 800 900 100030405060708090100-8-6-4-200510152025303540TG/％Temperature/0CDTGDSCTGDTG/％*mi-n1DSC/mW*mg-1图 2.7 anthracite+5%K2CO3燃烧 TG—DTG—DSC 图
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ534

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