煤粉热解特性及气相产物释放规律的研究

发布时间：2020-07-03 02:23

【摘要】：目前,我国大部分电厂都主动或者被动的以煤炭作为燃料进行发电。富煤、少气、缺油是我国主要的能源结构,煤炭作为我过能源中的主要组成部分,对其有效利用就显得至关重要。对煤炭热解技术的研究,有利于提高原料适应性、对低阶褐煤的分质利用都有着重要的意义。煤热解所制得的气、液、固态产品,经过进一步加工利用可以得到高附加值产品。针对这一情况,本文研究了煤粉热解特性及热解过程中气相物质的释放规律,对其进行了一些基础性的研究。首先,本文采用TG-FTIR热重红外联用仪中的TG热重分析仪对不同升温速度下的四种烟煤及一种褐煤进行煤粉热解失重过程实验,研究不同升温速度与不同煤种对煤粉热解失重过程的影响规律,并通过计算反应动力学参数从热解理论上研究煤粉热解特性,为实验结论提供一定的理论依据。其次,本文比较了五种常用的煤粉热解动力学模型,并通过在N_2环境中对神华烟煤与印尼褐煤的热解实验进行分析,采用Hooke-Jeeves优化方法计算了5种热解模型的热解动力学参数,比较五种热解模型在四种升温速度下的模拟结果,得出各模型的优缺点。最终,本文采用Curie-point反应器与气相色谱联用分析仪,利用快速热解法(CPP-GC法),通过对快速热解终温的改变,研究并分析了煤粉快速热解过程中产生的气相产物释放规律,主要集中于对其气体产率及气相产物的组成部分进行分析,并与常规热解方法(TG-FTIR法)中测得的气体产率进行对比分析,得出两种热解方法中温度对气相产物释放规律的影响。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ530.2
【图文】：

鲁尔,煤粉热解,气体产率,快速热解

华北电力大学硕士学位论文与研究。本文着重研究煤粉热解过程中随温度升高的煤粉失重情况，并对实验结果进反应动力学分析，从理论上研究煤粉热解特性；基于此研究，选取五种常用的热动力学模型，并根据实验数据对模型进行求解，分析得到五种热解动力学模型的缺点；其次，最终，采用热重红外联用仪与居里点气相色谱联用仪，对实验煤种别进行常规升温速度下的热解与快速热解实验，实时监测两种热解过程中气相产的组成成分及气体产率，得到煤粉热解过程中气相产物释放规律，并且将两种热方法进行对比，找出煤粉快速热解过程中气体产率与常规热解方法中气体产率的别。为今后煤粉热解过程提供一定的理论依据。

曲线,煤种,曲线,升温速度

图 3-2 不同煤种的 TG、DTG 曲线由图 3-2 可知，无论升温速度发生怎样改变，各煤粉 TG 曲线重合度较高，形状基本相同，但升温速度对各煤样热解失重过程的影响程度不同，同样升温速度由5℃/min 提高至 10℃/min，对于印尼煤种的影响程度明显小于其他煤种影响程度；挥发分初析温度 Ts与燃尽温度 Tf随升温速度升高均向高温侧发生轻微移动，且在由 DTG 曲线可以看出，提高升温速度，导致 DTG 曲线最大峰峰值下移明显，说明挥发分最大释放速度即最大失重速度明显增大，且峰值出现时刻对应温度有轻微右移，即 Tmax出现轻微增大。这可能是因为，当热解终温相同时，提高升温速度，由于煤粉实验样品与测量点之间存在传热温差与温度梯度的影响，会导致煤粉热解过程中产生热滞后现象[35]，但由实验结果表明，热滞后现象存在但不明显，不足以改变实验结果，因此升温速度对实验结果的偏差影响可以忽略不计。相比相同温度时刻对应的不同升温速度下各煤种热解 TG 曲线可以发现，相同温度时刻低升温速度工况下失重量更大，说明低升温速度工况有助于气相产物的析出，可以保证热解更完全；这可能是因为在低升温速度工况下，煤粉在炉内停留时间更长，有利于煤的结构单元的桥键锻炼与脂肪侧链、部分含氧官能团裂解，产生更多的挥发分产物。

【参考文献】