煤粉热解调控及半焦富氧燃烧若干理论与试验研究

发布时间：2021-07-21 19:52

　　在未来很长一段时间内,煤炭依然是我国最重要的能源,开展煤炭清洁高效利用技术的研究对我国能源安全与可持续发展有重要战略意义。煤炭分级利用并耦合富氧燃烧的多联产技术是一种新型的煤炭清洁利用技术,一方面能够分级分质提取煤中高价值成分,同时又可对污染物、CO₂等排放进行综合控制。本文按照“煤粉固定床高温热解特性→煤粉沉降炉高温热解特性→热解半焦着火特性研究→热解半焦转化过程形态及分子结构研究→热解半焦富氧燃烧及燃烧模型开发→含半焦在内的多种燃料加压富氧燃烧特性研究”的研究思路探索了煤粉热解气析出特性与组份调控方法、半焦不同转化方式下的着火、燃烧、气化特性以及相关理论与模型。采用高压管式炉系统研究了煤粉在高温、中速加热、高压条件下的煤粉固定床热解气生成特性;热解温度升高会导致热解失重率增加,可从900^oC时的33.6%升高至1100^o C的36.6%;热解压力升高会导致热解失重率下降,在10atm内降低幅度较大,高于10atm热解失重率变化较小;热解气组份以H₂和CO为主,CH₄和CO<... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：366 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 我国煤炭资源分布与利用现状
    1.3 煤炭清洁高效利用的必要性
    1.4 煤炭分级转化技术
        1.4.1 煤炭分级转化技术方向
        1.4.2 浙江大学煤炭分级转化技术
    1.5 煤热解理论与试验
        1.5.1 煤的组成及化学结构
        1.5.2 影响煤热解过程的因素
        1.5.3 煤热解理论与模型
    1.6 着火理论与试验
        1.6.1 着火机制
        1.6.2 着火试验
    1.7 半焦/煤焦燃烧与气化
        1.7.1 煤焦燃烧与气化基本过程
        1.7.2 煤焦燃烧/气化试验
        1.7.3 煤焦燃烧/气化模拟
    1.8 富氧燃烧技术
        1.8.1 富氧燃烧与CCS(Carbon Capture and Storage)
        1.8.2 富氧燃烧技术现状
    1.9 本文框架与研究内容
2 固定床煤粉高温热解试验
    2.1 引言
    2.2 实验系统与方法
        2.2.1 试验装置
        2.2.2 试验方法及工况
        2.2.3 试验数据分析
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 热解失重率
        2.3.2 热解气产率
        2.3.3 热解组份析出曲线
        2.3.4 热解气各组份绝对产量
    2.4 本章小结
3 沉降炉煤粉高温热解试验
    3.1 引言
    3.2 实验设备与方法
        3.2.1 热解试验装置
        3.2.2 热解试验方法
        3.2.3 热解半焦表征
    3.3 热解特性
        3.3.1 惰性气氛下的轻质组份析出特性
        3.3.2 加氧热解条件下的挥发分析出特性
    3.4 热解半焦特性
        3.4.1 热解半焦形貌
        3.4.2 热解半焦粒径分布
        3.4.3 热解半焦孔隙分布
        3.4.4 热解半焦分子结构
        3.4.5 热解半焦反应性及动力学分析
    3.5 本章小结
4 热解半焦着火特性研究
    4.1 引言
    4.2 实验设备与方法
        4.2.1 热重着火试验
        4.2.2 半焦射流着火试验
    4.3 基于TGA的半焦着火分析
        4.3.1 TGA着火模式分析
        4.3.2 TGA着火温度
    4.4 基于Hencken平焰燃烧器的半焦射流着火分析
        4.4.1 颗粒速度分布
        4.4.2 颗粒温度分布
        4.4.3 沿程辐射强度、射流着火模式以及着火延迟
    4.5 基于单颗粒模型的半焦着火理论分析
        4.5.1 着火理论与着火模型
        4.5.2 单颗粒着火模型开发
        4.5.3 半焦着火计算结果分析
    4.6 本章小结
5 半焦转化过程中形态及分子结构演变
    5.1 引言
    5.2 实验设备与方案
    5.3 半焦表征方法
        5.3.1 扫描电镜SEM
        5.3.2 拉曼光谱
        5.3.3 比表面积以及孔径分析
        5.3.4 粒径分析
        5.3.5 堆积密度及表观密度
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 半焦形貌转变
        5.4.2 半焦粒径及密度变化
        5.4.3 半焦孔隙转变
        5.4.4 半焦分子结构转变
    5.5 本章小结
6 富氧气氛半焦燃烧模型开发
    6.1 引言
    6.2 煤焦反应机理
        6.2.1 煤焦反应过程
        6.2.2 煤焦氧化反应机理
        6.2.3 煤焦气化反应机理
    6.3 煤焦反应模型开发与计算
        6.3.1 煤焦反应模型框架
        6.3.2 基于本征反应动力学的煤焦反应模型开发
        6.3.3 模型计算及结果分析
    6.4 基于本征LH煤焦反应模型的扩展开发
        6.4.1 模型扩展开发介绍
        6.4.2 粒径直接计算模型（DCCD模型）
        6.4.3 灰层坍塌及灰层抑制
        6.4.4 扩展模型计算与结果分析
    6.5 本章小结
7 半焦加压富氧燃烧数值计算
    7.1 引言
    7.2 加压富氧燃烧炉设计
        7.2.1 加压燃烧（气化）炉介绍
        7.2.2 加压富氧燃烧试验炉设计
    7.3 加压富氧燃烧数值计算
        7.3.1 模型建立
        7.3.2 工况设置
        7.3.3 计算过程分析
    7.4 计算结果分析
        7.4.1 设计工况（10atm煤粉空气燃烧）
        7.4.2 炉内压力的影响
        7.4.3 气氛的影响
        7.4.4 燃料的影响
    7.5 本章小结
8 全文总结及工作展望
    8.1 主要研究内容与结论
    8.2 本文主要创新点
    8.3 未来工作展望
参考文献
附录A
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
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[3]IGCC电站单一煤种运行试验的研究[J]. 李海明,吴平,付彬,步新战,文子强,赵利加,黄安培.  中国电力. 2018(01)
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博士论文
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硕士论文
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[2]蒙东区褐煤资源分布及其开发利用战略研究[D]. 秦鹏珍.中国地质大学(北京) 2017
[3]基于光学诊断型携带流反应器的煤粉着火及燃烧特性研究[D]. 邹高鹏.哈尔滨工业大学 2016
[4]准东煤热解及气化反应特性研究[D]. 董倩.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[5]生物质与煤加压热解行为及炭气化反应性研究[D]. 钱洋洋.华东理工大学 2015
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[7]煤粉颗粒群射流着火特性实验研究[D]. 俞伟伟.清华大学 2013



本文编号：3295664