低热值油页岩半焦流化床燃烧特性的试验研究

发布时间：2020-07-29 21:44

【摘要】：随着世界经济的迅猛发展,各国对一次能源的需求不断增加,而一次能源的短缺问题逐渐给人类社会的发展和人们的日常生活带来了压力。尤其在我国,多煤少油的能源结构现状决定了我国的大量石油消费依靠进口。在这样严峻的形势下,对新型能源的开发利用成为当下的热门课题。油页岩是一种含有机质的沉积岩,含油量较高,在我国的资源储备丰富。通过油页岩干馏技术可以提取高热值的油和气,但干馏产生的副产品半焦由于热值低缺乏利用,大量堆积对环境造成了严重的污染,同时也是对资源的浪费。将低热值油页岩半焦作为燃料使用,在解决了环境污染问题的同时,还可以将燃烧的热量利用代替部分化石能源的消耗。鼓泡流化床燃烧是燃烧低热值废弃物的首选方式,它在运行成本、燃烧适应性、污染物排放等方面均有着明显的优势。本文选用的油页岩半焦时辽宁抚顺某厂干馏后的产物,其产出的半焦自身热值极低,目前尚未有文献对该种油页岩半焦纯燃进行过试验研究。本文通过热重分析和鼓泡流化床燃烧试验对油页岩半焦的燃烧特性以及燃烧稳定性有了详细的了解,拓宽了流化床燃烧方式所能适应的燃料热值范围,为该种油页岩半焦在工业上的燃烧利用提供了理论和试验依据。本文首先将破碎、筛分后的油页岩半焦样品进行了热重分析,研究了升温速率和筛分粒径对半焦燃烧的影响。随后在自行研制的小型流化床燃烧试验装置上进行了燃烧试验,研究了其点火升温和燃烧稳定阶段的燃烧特性,分析了密相区温度、流化风温及床层高度对半焦燃烧和污染物排放的影响,得出了能够使油页岩半焦在炉内稳定燃烧且污染物排放量较低的试验工况。试验结果表明:①热重试验中,升温速率提高,着火温度升高,最大失重速率加快;受热滞后现象的影响,半焦颗粒的燃尽温度升高;半焦粒径减小,最大失重速率加快,不同粒径半焦的燃尽温度变化无明显规律;固定碳与高温型挥发分的燃烧时间相接近,在DTG曲线中只能观察到一个失重峰。②通过各特征参数发现,在颗粒粒径较小、升温速率较大的工况下,油页岩半焦更容易燃烧,并且燃烧的稳定性较好。③通过冷态流态化试验,测定了冷态时床料的临界流化风速约为0.4m/s。④对油页岩半焦在流化床中的热平衡过程进行比较分析,从理论和试验上证明了半焦在鼓泡流化床中能够稳定燃烧。⑤燃烧过程中,提高炉内密相区温度可有效增大半焦颗粒的燃烬率、降低烟气氧含量,受排渣量增大的影响,半焦颗粒在炉内的平均停留时间减少;飞灰含碳量均随密相区温度升高下降,底渣含碳量保持在1%以下的极低水平。⑥受给料口与床层位置相对高度的影响,试验中在静止床层高度比为0.16时,烟气含氧量与平均停留时间有较高值,该高度比下炉内燃烧状况最好。⑦随流化风温的升高,炉内温度降幅减缓,飞灰含碳量下降约2%,灰渣含碳量维持在0.9%左右。⑧在900℃密相区温度的工况下,烟气的飞灰浓度最低。烟气中的SO2与NOx的排放浓度均随密相区燃烧温度的升高而增大。⑨对各工况下油页岩半焦的燃烧特性及污染物排放进行稳定性和经济性比较分析,确定了一个最佳燃烧工况:密相区温度—900℃、流化风温—400℃、静止床层高度比—0.16。该工况可供工业中的锅炉设计做参考。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE662;TQ038

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本文编号：2774539