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高挥发分煤再燃特性判断指标的实验研究

作　者: 赵宁波
导　师: 李瑞扬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 高挥发分煤煤焦理化特性再燃氮氧化物
分类号: TQ534
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

煤炭是目前我国能源消费中的主要化石能源，而燃煤发电占我国总发电量的比例在60%以上，并且在未来的二三十年里也会继续维持在50%以上。煤的大规模利用也带来了严重的环境问题，NO_x等污染物对环境造成了严重的破坏。煤粉再燃技术是通过炉内燃烧法来降低氮氧化物排放的有效方式，结合我国动力煤的特点开展我国煤粉再燃特性的研究具有重要的现实意义。截止到2011年末，我国陆续建成神东等14个大型的煤炭基地，其中包括从2008年以来发现的新疆的准东煤炭基地。文中详细总结了我国主要动力煤资源的分布及煤质特征，并分析了3种典型动力煤的燃烧和NO_x排放特性。本文选取了元宝山褐煤、白音华褐煤、伊敏褐煤、小龙潭褐煤、准东烟煤和神华烟煤六种高挥发分煤进行了原煤的元素分析、工业分析，在高温携带流反应器上进行六种高挥发分煤的真实气氛下的煤焦的制取和研究了不同高挥发分在还原性气氛下煤热解过程特性和氮元素迁移特性，并通过压汞仪和扫描电镜联合方法对煤焦的孔隙结构进行分析，研究表明随着煤变质程度的增加，高温热解过程中燃料氮转化为挥发分氮的比例下降，而当煤中挥发分含量增加时，燃料氮转化为挥发分氮的比例增加。挥发分释放过程中煤焦总表面积增加能够有效的提高了煤焦异相还原NO的反应能力，在相同的反应条件下煤焦形成的孔隙发达程度与挥发分产率呈正相关。本文还研究了真实气氛条件下不同煤焦灰中五种金属氧化物（CaO+Na2O+Fe2O3+K2O+MgO）的相对含量，煤焦灰中金属氧化物能够有效提高煤焦的反应性。在能够模拟真实锅炉燃烧过程的多反应控制段携带流反应器上进行六种高挥发分煤燃烧和NO_x排放特性试验研究，通过原始不分级和再燃工况实验结果分析得出高挥发分煤的原始NO_x排放量与煤中含氮量及氮元素的释放特性有关，高挥发分煤的燃尽效果很好，采用煤粉再燃可实现高挥发分煤的NO_x质量排放浓度为180~350mg/Nm3。针对高挥发分煤理化特性与煤粉再燃特性的相关性进行相关性分析，结果表明煤中氮含量越低，挥发分含量越高，煤焦中孔总表面积越大，煤焦灰中金属氧化物含量越高，煤粉再燃还原效率越高，最后引入能够表征煤粉再燃特性的理化特性综合折算指标[X]，通过数据拟合发现[X]值越大，煤粉的再燃还原效果越好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 研究背景  10-13
    1.2.1 煤粉燃烧过程  10
    1.2.2 氮氧化物的产生与防治方法  10-13
      1.2.2.1 氮氧化物的产生机理  10-11
      1.2.2.2 氮氧化物的控制技术  11-13
  1.3 煤粉再燃控制 NO_x技术  13-14
  1.4 煤和煤焦的结构特性及再燃还原 NO_x的相关研究  14-17
  1.5 本文的研究目标、研究内容  17-18
    1.5.1 研究目标  17
    1.5.2 研究内容  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第2章我国典型动力煤炭资源分布及利用综述  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 我国煤炭的分类和构成  19-21
  2.3 我国的 14 个大型煤炭基地简介  21-23
  2.4 我国主要动力煤燃烧特性  23-26
    2.4.1 高水分褐煤的燃烧特性  23-24
    2.4.2 低灰熔点的高挥发分烟煤的燃烧特性  24-25
    2.4.3 低挥发分难燃无烟煤和贫煤的燃烧特性  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第3章我国典型高挥发分煤理化特性分析  28-41
  3.1 原煤和煤粉的选取  28
  3.2 煤焦的制取  28-33
  3.3 高温还原性条件下煤焦的孔隙特征  33-40
    3.3.1 煤焦孔隙结构的测量方法  33-34
    3.3.2 煤焦孔隙特征  34-36
      3.3.2.1 孔隙结构参数  34
      3.3.2.2 孔隙结构分布特性  34-36
    3.3.3 煤焦的扫描电镜(SEM)分析  36-39
    3.3.4 煤焦的灰成分  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章我国典型高挥发分煤再燃特性实验  41-53
  4.1 反应器系统  41-44
  4.2 实验工况的确定  44-45
  4.3 实验结果分析  45-51
    4.3.1 原始不分级条件下不同煤种的燃烧和排放特性  45-48
    4.3.2 再燃条件下不同煤种的燃烧和排放特性  48-51
  4.4 本章小结  51-53
第5章煤及煤焦理化特性与再燃特性的相关性分析  53-59
  5.1 引言  53
  5.2 实验结果和讨论  53-58
    5.2.1 煤粉再燃特性与元素氮含量的相关性分析  53-54
    5.2.2 煤粉再燃过程与挥发分含量的相关性  54-55
    5.2.3 煤粉再燃过程与煤焦孔总表面积的相关性  55-56
    5.2.4 煤粉再燃过程与煤灰中金属氧化物含量的相关性  56-57
    5.2.5 煤粉再燃特性与综合折算指标  57-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-67
致谢  67

高挥发分煤再燃特性判断指标的实验研究

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