兰炭清洁燃烧及有害排放物的生成规律研究
发布时间：2021-05-17 19:39
本文对神木煤热解和燃烧过程中的硫氮迁移规律进行了研究。XPS研究结果表明,随着温度的升高,煤中的硫化铁硫和硫化物硫含量逐渐减少,并在600℃以后基本消失;亚砜型硫含量逐渐降低,700℃以后基本消失;伴随着500℃左右煤焦油析出的增多,噻吩硫含量略有减少,之后温度增高缩聚反应加剧,噻吩继续增加;砜型硫含量逐渐增加,在600℃以后发生分解而降低;硫酸盐硫总体呈现增加的趋势,主要来自硫化铁与煤内部含氧官能团等发生的反应。随热解温度升高,煤中吡啶型氮（N-6）含量先减少后增加;吡咯型氮（N-5）含量逐渐增加,500℃以后转化为更稳定的N-6;季氮（N-Q）含量逐渐减少;氧化型氮（N-X）含量先增加后减少。对神木煤、兰炭及其燃烧后灰中的硫氮转变进行XPS分析,结果显示,神木煤先经过干馏可以得到低硫、低氮、多孔以及比表面积显著增大的兰炭,再经过燃烧以后,各形态硫氧化产生的部分SO2会继续与内部的CaO发生反应转化为硫酸盐硫富集在灰中,硫酸盐含量比燃烧前增加了近3倍。兰炭中的总氮含量也随热解温度的升高而明显减少,经过燃烧以后各形态氮全部以气态的形式释放出去,且排放量也明显低于神...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点
引言
第1章 文献综述
1.1 国内外煤炭资源概况
1.1.1 世界煤炭资源现状及分布
1.1.2 中国煤炭资源现状及地位
1.2 煤的燃烧污染和热解制备兰炭现状
1.2.1 煤炭燃烧排放雾霾污染物
1.2.2 煤炭燃烧利用中存在的主要问题
1.2.3 兰炭的生产及利用现状
1.2.4 兰炭作为替代能源具有节能减排效果
1.3 国内外对煤和兰炭(半焦)燃烧特性的研究
1.3.1 国内对煤和兰炭燃烧特性的研究
1.3.2 国外对煤和兰炭燃烧特性的研究
1.4 煤中硫氮元素迁移规律的研究
1.4.1 煤炭中硫元素的研究
1.4.2 煤中氮的研究
1.5 研究目标与研究内容
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验样品和仪器
2.1.1 实验样品
2.1.2 实验药品
2.1.3 实验仪器
2.2 快速燃烧-烟气分析实验
2.2.1 实验装置
2.2.2 实验操作方法
2.3 神木煤及热解产物的主要性质分析
2.3.1 基本性质分析
2.3.2 着火点分析
2.3.3 灰成分分析
2.3.4 热稳定性分析
2.3.5 比表面积和孔隙率分析
2.3.6 煤焦油中硫氮化合物分析
2.3.7 干馏气的收集与组分检测
2.4 神木煤及其热解产物的表征
2.4.1 神木煤及半焦的IR-FTIR分析
2.4.2 神木煤及半焦的XRD分析
2.4.3 神木煤及热解产物的XPS分析
第3章 兰炭制备过程中S/N迁移规律研究
3.1 煤的热解机理
3.2 煤的基本性质分析
3.2.1 神木煤和兰炭的工业分析、热值及元素分析
3.2.2 神木煤与兰炭的硫形态与含量分析
3.2.3 神木煤与兰炭的BET和灰成分分析
3.3 神木煤与不同温度半焦的FT-IR分析检测
3.4 神木煤热解产物中S/N迁移规律的研究
3.4.1 不同终温半焦中不同S/N形态的迁移分析
3.4.2 不同终温干馏气中含S/N气体与其他主要组分分析
3.4.3 神木煤焦油中含S/N化合物的检测分析
3.5 兰炭制备过程中硫氮迁移
3.6 本章小结
第4章 兰炭与煤燃烧有害排放物生成特征
4.1 兰炭与煤实验室条件下燃烧产物排放
4.1.1 兰炭与神木煤燃烧气态产物的FT-IR分析
4.1.2 兰炭及神木煤的SEM分析
4.1.3 兰炭、神木煤与其二者燃烧灰的XPS分析
4.1.4 兰炭与神木煤燃烧烟气排放对比
4.2 兰炭与不同煤种户外试烧对比试验
4.2.1 试验样品和设备
4.2.2 兰炭与其他煤种燃烧现场排放对比图
4.2.3 兰炭与其他煤种燃烧排放的颗粒物检测
4.2.4 兰炭与其他煤种燃烧排放的有害气体检测
4.2.5 兰炭与其他煤种燃烧热重分析实验
4.3 本章小结
第5章 兰炭及其型煤快速燃烧动力学
5.1 动力学模型的建立
5.2 兰炭快速燃烧动力学的研究
5.2.1 兰炭快速燃烧快速升温段缩粒模型和计算结果
5.2.2 兰炭快速燃烧恒温段缩粒模型和计算结果
5.2.3 兰炭在燃烧过程中各项阻力的变化
5.3 兰炭型煤快速燃烧动力学的研究
5.3.1 兰炭型煤快速燃烧升温段缩核模型和计算结果
5.3.2 兰炭型煤快速燃烧恒温段缩核模型和计算结果
5.3.3 兰炭型煤在燃烧过程中各项阻力的变化
5.4 本章小结
第6章 兰炭生产工艺中热量和物料平衡计算
6.1 三江方炉工艺流程简介
6.2 三江方炉工艺结构
6.3 三江方炉生产兰炭的热平衡、物料平衡计算
6.3.1 .实验部分
6.3.2 .结果和讨论
6.4 .本章小结
第7章 结论
参考文献
附录A 符号说明
附录B 相关物性参数
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]高浓度CO2气氛中煤氮官能团转化过程研究[J]. 黄庠永,黄澈,李小川,孙景宝,刘烨鸣. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化[J]. 李娜,刘全生,甄明,赵斌,冯伟,宋银敏,智科端,何润霞. 光谱学与光谱分析. 2016(09)
[3]兰炭(半焦)替代原煤清洁燃烧的排放对比研究[J]. 侯吉礼,尚文智,刘军利,何璐,马跃,李术元,藤锦生. 煤炭技术. 2016(08)
[4]煤表面硫与氮官能团低温氧化规律XPS技术研究[J]. 张兰君,李增华,杨永良,李金虎,周银波. 煤矿安全. 2016(05)
[5]神木烟煤和神木兰炭结构特性研究[J]. 何璐,尚文智,刘军利,侯吉礼,马跃,李术元. 洁净煤技术. 2015(06)
[6]煤中有机氮热演化规律研究[J]. 林中月,郑启明. 中州煤炭. 2015(10)
[7]基于TG-GC-MS系统的硫在煤热解过程中迁移研究[J]. 万克记,邢耀文,刘雪景,冯莉,苗真勇. 煤炭技术. 2015(05)
[8]煤粉工业锅炉燃烧兰炭试验研究[J]. 牛芳. 洁净煤技术. 2015(02)
[9]陕西省兰炭行业SO2、NOx产排污系数核算研究[J]. 马启翔,卢立栋,杨建军. 环境保护科学. 2014(06)
[10]Thermogravimetric Analysis of Coal Char Combustion Kinetics[J]. Guang-wei WANG,Jian-liang ZHANG,Jiu-gang SHAO,Hui SUN,Hai-bin ZUO. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(10)
博士论文
[1]煤燃烧过程中有害元素和亚微米颗粒物排放与控制的理论与实验研究[D]. 孟韵.南京理工大学 2004
硕士论文
[1]神府煤（催化）热解特性研究[D]. 梁斌.西北大学 2015
[2]低阶煤兰炭干馏炉热工特性研究及工艺参数优化[D]. 陈海波.西安建筑科技大学 2013
[3]动力煤煤质与燃烧特性关系的基础研究[D]. 刘明锐.煤炭科学研究总院 2010
[4]从煤焦油洗油中提取吲哚的研究[D]. 陈小平.武汉科技大学 2004
本文编号：3192329
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点
引言
第1章 文献综述
1.1 国内外煤炭资源概况
1.1.1 世界煤炭资源现状及分布
1.1.2 中国煤炭资源现状及地位
1.2 煤的燃烧污染和热解制备兰炭现状
1.2.1 煤炭燃烧排放雾霾污染物
1.2.2 煤炭燃烧利用中存在的主要问题
1.2.3 兰炭的生产及利用现状
1.2.4 兰炭作为替代能源具有节能减排效果
1.3 国内外对煤和兰炭(半焦)燃烧特性的研究
1.3.1 国内对煤和兰炭燃烧特性的研究
1.3.2 国外对煤和兰炭燃烧特性的研究
1.4 煤中硫氮元素迁移规律的研究
1.4.1 煤炭中硫元素的研究
1.4.2 煤中氮的研究
1.5 研究目标与研究内容
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验样品和仪器
2.1.1 实验样品
2.1.2 实验药品
2.1.3 实验仪器
2.2 快速燃烧-烟气分析实验
2.2.1 实验装置
2.2.2 实验操作方法
2.3 神木煤及热解产物的主要性质分析
2.3.1 基本性质分析
2.3.2 着火点分析
2.3.3 灰成分分析
2.3.4 热稳定性分析
2.3.5 比表面积和孔隙率分析
2.3.6 煤焦油中硫氮化合物分析
2.3.7 干馏气的收集与组分检测
2.4 神木煤及其热解产物的表征
2.4.1 神木煤及半焦的IR-FTIR分析
2.4.2 神木煤及半焦的XRD分析
2.4.3 神木煤及热解产物的XPS分析
第3章 兰炭制备过程中S/N迁移规律研究
3.1 煤的热解机理
3.2 煤的基本性质分析
3.2.1 神木煤和兰炭的工业分析、热值及元素分析
3.2.2 神木煤与兰炭的硫形态与含量分析
3.2.3 神木煤与兰炭的BET和灰成分分析
3.3 神木煤与不同温度半焦的FT-IR分析检测
3.4 神木煤热解产物中S/N迁移规律的研究
3.4.1 不同终温半焦中不同S/N形态的迁移分析
3.4.2 不同终温干馏气中含S/N气体与其他主要组分分析
3.4.3 神木煤焦油中含S/N化合物的检测分析
3.5 兰炭制备过程中硫氮迁移
3.6 本章小结
第4章 兰炭与煤燃烧有害排放物生成特征
4.1 兰炭与煤实验室条件下燃烧产物排放
4.1.1 兰炭与神木煤燃烧气态产物的FT-IR分析
4.1.2 兰炭及神木煤的SEM分析
4.1.3 兰炭、神木煤与其二者燃烧灰的XPS分析
4.1.4 兰炭与神木煤燃烧烟气排放对比
4.2 兰炭与不同煤种户外试烧对比试验
4.2.1 试验样品和设备
4.2.2 兰炭与其他煤种燃烧现场排放对比图
4.2.3 兰炭与其他煤种燃烧排放的颗粒物检测
4.2.4 兰炭与其他煤种燃烧排放的有害气体检测
4.2.5 兰炭与其他煤种燃烧热重分析实验
4.3 本章小结
第5章 兰炭及其型煤快速燃烧动力学
5.1 动力学模型的建立
5.2 兰炭快速燃烧动力学的研究
5.2.1 兰炭快速燃烧快速升温段缩粒模型和计算结果
5.2.2 兰炭快速燃烧恒温段缩粒模型和计算结果
5.2.3 兰炭在燃烧过程中各项阻力的变化
5.3 兰炭型煤快速燃烧动力学的研究
5.3.1 兰炭型煤快速燃烧升温段缩核模型和计算结果
5.3.2 兰炭型煤快速燃烧恒温段缩核模型和计算结果
5.3.3 兰炭型煤在燃烧过程中各项阻力的变化
5.4 本章小结
第6章 兰炭生产工艺中热量和物料平衡计算
6.1 三江方炉工艺流程简介
6.2 三江方炉工艺结构
6.3 三江方炉生产兰炭的热平衡、物料平衡计算
6.3.1 .实验部分
6.3.2 .结果和讨论
6.4 .本章小结
第7章 结论
参考文献
附录A 符号说明
附录B 相关物性参数
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]高浓度CO2气氛中煤氮官能团转化过程研究[J]. 黄庠永,黄澈,李小川,孙景宝,刘烨鸣. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化[J]. 李娜,刘全生,甄明,赵斌,冯伟,宋银敏,智科端,何润霞. 光谱学与光谱分析. 2016(09)
[3]兰炭(半焦)替代原煤清洁燃烧的排放对比研究[J]. 侯吉礼,尚文智,刘军利,何璐,马跃,李术元,藤锦生. 煤炭技术. 2016(08)
[4]煤表面硫与氮官能团低温氧化规律XPS技术研究[J]. 张兰君,李增华,杨永良,李金虎,周银波. 煤矿安全. 2016(05)
[5]神木烟煤和神木兰炭结构特性研究[J]. 何璐,尚文智,刘军利,侯吉礼,马跃,李术元. 洁净煤技术. 2015(06)
[6]煤中有机氮热演化规律研究[J]. 林中月,郑启明. 中州煤炭. 2015(10)
[7]基于TG-GC-MS系统的硫在煤热解过程中迁移研究[J]. 万克记,邢耀文,刘雪景,冯莉,苗真勇. 煤炭技术. 2015(05)
[8]煤粉工业锅炉燃烧兰炭试验研究[J]. 牛芳. 洁净煤技术. 2015(02)
[9]陕西省兰炭行业SO2、NOx产排污系数核算研究[J]. 马启翔,卢立栋,杨建军. 环境保护科学. 2014(06)
[10]Thermogravimetric Analysis of Coal Char Combustion Kinetics[J]. Guang-wei WANG,Jian-liang ZHANG,Jiu-gang SHAO,Hui SUN,Hai-bin ZUO. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(10)
博士论文
[1]煤燃烧过程中有害元素和亚微米颗粒物排放与控制的理论与实验研究[D]. 孟韵.南京理工大学 2004
硕士论文
[1]神府煤（催化）热解特性研究[D]. 梁斌.西北大学 2015
[2]低阶煤兰炭干馏炉热工特性研究及工艺参数优化[D]. 陈海波.西安建筑科技大学 2013
[3]动力煤煤质与燃烧特性关系的基础研究[D]. 刘明锐.煤炭科学研究总院 2010
[4]从煤焦油洗油中提取吲哚的研究[D]. 陈小平.武汉科技大学 2004
本文编号：3192329
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