【摘要】：隨著污染物排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和煤炭燃燒帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題逐漸加重,國(guó)家對(duì)煤炭的高效清潔利用提出了更高的要求。煤炭的利用已經(jīng)由簡(jiǎn)單的燃燒向煤基能源及化工系統(tǒng)過(guò)渡,以實(shí)現(xiàn)煤炭高效、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)利用。主流的煤炭高效清潔利用技術(shù)是將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體燃料或者化工產(chǎn)品進(jìn)行利用。由于技術(shù)限制,煤炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含碳量較高的細(xì)粉半焦,降低了煤炭資源的利用效率。此外,經(jīng)過(guò)處理后形成的細(xì)粉半焦燃燒特性較差,難以通過(guò)常規(guī)燃燒對(duì)細(xì)粉半焦進(jìn)行二次利用。本論文在前期預(yù)熱燃燒研究的基礎(chǔ)上,建立了適合細(xì)粉半焦的預(yù)熱燃燒系統(tǒng)用于研究細(xì)粉半焦的預(yù)熱燃燒過(guò)程及燃料氮轉(zhuǎn)化過(guò)程,以實(shí)現(xiàn)細(xì)粉半焦的高效燃燒和低NOx排放。在改造后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,用于預(yù)熱的循環(huán)流化床采用無(wú)布風(fēng)板結(jié)構(gòu),在無(wú)添加惰性床料條件下用于細(xì)粉半焦的預(yù)熱。預(yù)熱過(guò)程中,部分細(xì)粉半焦能夠被旋風(fēng)分離器分離形成返料半焦,返料半焦的循環(huán)維持了循環(huán)流化床內(nèi)溫度的穩(wěn)定。因此部分細(xì)粉半焦形成的物料循環(huán)是循環(huán)流化床持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。預(yù)熱過(guò)程中,返料半焦和細(xì)粉半焦的部分燃燒用于維持循環(huán)流化床的熱量平衡,高溫的返料半焦為返料半焦和細(xì)粉半焦的部分燃燒提供了著火熱源。在細(xì)粉半焦和大同煤粉預(yù)熱過(guò)程中,提高一次風(fēng)當(dāng)量比和預(yù)熱溫度均可促進(jìn)燃料氮的轉(zhuǎn)化,其中一次風(fēng)當(dāng)量比對(duì)于燃料氮的轉(zhuǎn)化促進(jìn)作用更顯著,一次風(fēng)當(dāng)量比的提高促使更多的燃料在循環(huán)流化床中燃燒,因此更多的燃料氮得以釋放,同時(shí)循環(huán)流化床中的還原性氣氛保證了釋放的氮元素不被氧化為NOx。因此,在一定范圍內(nèi)提高一次風(fēng)當(dāng)量比可以有效的提高預(yù)熱過(guò)程中提前脫氮的效果。在細(xì)粉半焦與大同煤粉預(yù)熱過(guò)程中,燃料氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程與燃料的比表面積、孔容積呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。在大同煤粉預(yù)熱過(guò)程中,燃料氮的轉(zhuǎn)化分為明顯的揮發(fā)分氮轉(zhuǎn)化和焦炭氮轉(zhuǎn)化兩個(gè)過(guò)程,同時(shí)孔面積和孔容積曲線的峰值出現(xiàn)在揮發(fā)分析出之后,表明揮發(fā)分析出的過(guò)程可以有效的增加孔面積和孔容積；之后,提高一次風(fēng)當(dāng)量比,孔面積和孔容積分布曲線逐漸降低,表明提高一次風(fēng)當(dāng)量比造成了部分孔隙的坍塌,使焦炭氮的析出變得困難。在細(xì)粉半焦預(yù)熱過(guò)程中,燃料氮的轉(zhuǎn)化沒(méi)有明顯的揮發(fā)分氮與焦炭氮的區(qū)分,燃料氮的轉(zhuǎn)化與固定碳和揮發(fā)分的轉(zhuǎn)化基本呈現(xiàn)同步關(guān)系,提高一次風(fēng)當(dāng)量比,孔面積和孔體積曲線分布逐漸升高,表明提高一次風(fēng)當(dāng)量比促進(jìn)了孔隙結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大,為焦炭氮的轉(zhuǎn)化提供了空間,方便焦炭氮的轉(zhuǎn)化。通過(guò)對(duì)比大同煤粉、細(xì)粉半焦和清河污泥的預(yù)熱過(guò)程,表明燃料氮在揮發(fā)分與固定碳中的分布決定了預(yù)熱過(guò)程燃料氮的轉(zhuǎn)化,除細(xì)粉半焦外,大同煤粉和清河污泥在預(yù)熱過(guò)程中揮發(fā)分首先轉(zhuǎn)化,由于清河污泥中燃料氮主要分布在揮發(fā)分中,因此燃料氮轉(zhuǎn)化率明顯高于大同煤粉中燃料氮的轉(zhuǎn)化率。因此,高揮發(fā)分燃料預(yù)熱過(guò)程中,燃料氮在揮發(fā)分與焦炭中的分配是影響預(yù)熱過(guò)程燃料氮轉(zhuǎn)化的最重要因素。在細(xì)粉半焦預(yù)熱過(guò)程中,細(xì)粉半焦中含氮官能團(tuán)的種類(lèi)決定了燃料氮以NH3和N2的形式轉(zhuǎn)化并釋放。細(xì)粉半焦中的含H基團(tuán)為NH3的形成提供了H。在燃燒過(guò)程中,下行燃燒室100 mm處出現(xiàn)NO濃度峰值的形成主要是燃?xì)庵械腘H3的氧化,通過(guò)優(yōu)化二次風(fēng)噴口結(jié)構(gòu)能有效抑制這部分NO生成,下行燃燒室900 mm處NO濃度峰值的形成與三次風(fēng)通入后未燃盡的細(xì)粉半焦中燃料氮的直接氧化有關(guān)。在細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中,選擇合適的一次風(fēng)當(dāng)量比和預(yù)熱溫度有助于促進(jìn)預(yù)熱過(guò)程燃料氮的轉(zhuǎn)化并降低進(jìn)入下行燃燒室的NH3濃度；在燃燒過(guò)程中,合理的二次風(fēng)布置可以避免局部氧化區(qū)的形成,避免NH3與氧氣接觸直接生成NO,促進(jìn)NH3與焦炭反應(yīng)向還原成N2方向轉(zhuǎn)化,可有效的降低NO的生成；在燃料氮釋放后期,通過(guò)調(diào)整三次風(fēng)配風(fēng)可以進(jìn)一步降低NO的生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)參數(shù)優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)NOx排放降低至60 mg/m3(@6%02),同時(shí)燃燒效率為97.74%,實(shí)現(xiàn)了細(xì)粉半焦的高效清潔燃燒。大同煤粉與氣化細(xì)粉灰的預(yù)熱燃燒及燃料氮轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)熱過(guò)程中,循環(huán)流化床內(nèi)溫度分布與燃料特性有關(guān),揮發(fā)分的降低使循環(huán)流化床內(nèi)溫差減小,溫度分布均勻,也使得返料器出現(xiàn)后燃現(xiàn)象；燃燒過(guò)程中,燃料的熱值對(duì)下行燃燒室溫度分布有重要影響,氣化細(xì)粉灰在燃燒后期溫度降低明顯,較低的燃燒溫度導(dǎo)致氮元素的析出困難,初始燃燒區(qū)域二次風(fēng)噴口布置對(duì)最終NOx排放影響減弱；大同煤粉預(yù)熱過(guò)程中產(chǎn)生的NH3濃度遠(yuǎn)高于其它兩種燃料,較高的NH3濃度造成在初始燃燒區(qū)域較高的NO2或者NO濃度,為后期降低NOx排放增加困難,同時(shí)預(yù)熱大同煤粉中氮元素在燃燒過(guò)程中逐漸釋放,使得NOx控制更加復(fù)雜。因此,對(duì)于此類(lèi)燃料需要明確氮元素在揮發(fā)分與焦炭中的分布,提高燃料氮在燃燒前的轉(zhuǎn)化率,并且在全部燃燒區(qū)域內(nèi)需要優(yōu)化配風(fēng)結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ520.1
【圖文】：

]我國(guó)歷年火電裝機(jī)容量及發(fā)電量變化[[3]

逑力工業(yè)在２０１０年后繼續(xù)強(qiáng)勁發(fā)展。據(jù)中電聯(lián)的統(tǒng)計(jì)Ｗ，到２０１４年底為止，全國(guó)逡逑范圍內(nèi)３００邋ＭＷ及Ｗ上煤電機(jī)姐占全部發(fā)電機(jī)組的７７．７％邋（見(jiàn)圖１．３），比２０１３逡逑年提高近１．４個(gè)百分點(diǎn)；煤電機(jī)組向氋參數(shù)、大容量、高效環(huán)保型發(fā)展；截止２０１５逡逑年９月底全國(guó)６００邋ＭＷ及Ｗ上電廠裝機(jī)１３．８５億千瓦，同比增長(zhǎng)９．４％；邋９月底全逡逑國(guó)６００邋ＭＷ及Ｗ上煤電機(jī)組裝機(jī)９．４７億千瓦（其中煤電８．５５億千瓦），同比增長(zhǎng)逡逑６．８％，表明煤電機(jī)組仍處于較快的發(fā)展速度。逡逑ｍＩ邋ＩＩＩ邋Ｉ逡逑５０％邋ｊｊｊｊｊｊｊｊ邋＾＾＾＾—邋■０．６－不足邋１０邋乃干冗逡逑４０邋於邋＾＾—邋－１０－不巧邋２０；＾千巧逡逑—■邐１邐Ｈ——Ｈ－邋Ｈ——Ｉ—邋■邋２０－不足邋３０７５邋千冗逡逑２０９６邋Ｈ－—Ｈ—Ｈ邋Ｈ邋Ｈ—Ｈ￣￣邐■邋３日巧拓及邋Ｗ上逡逑ｚｒｍ邋，邋Ｉ，邋Ｉ邋ＩｔＩｚＩ：逡逑／／／‘／／次心逡逑聲逡逑、公逡逑圖１．３邋１９９５－２０１４年火電廠裝機(jī)容量變化Ｗ逡逑煤電機(jī)組的快速發(fā)展?jié)M足了日益增加的用電需求，但是近年來(lái)連續(xù)出現(xiàn)的嚴(yán)逡逑重霧桯天氣也表明煤電機(jī)組對(duì)中國(guó)的環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，這也使得煤電機(jī)組逡逑一直處于重點(diǎn)整治范圍。據(jù)統(tǒng)計(jì)由于煤炭的過(guò)度使用造成大氣中超過(guò)７０％的ＮＯｘ逡逑來(lái)源于煤炭燃燒Ｗ。為了控制燃煤過(guò)程中的污染物排放，１９９１年我國(guó)頒布了《燃逡逑煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ１３２２３－１９９１）

卷吸高溫?zé)煔�，穩(wěn)定著火。旋流燃燒是指依靠旋流式燃燒器使燃料氣流逡逑產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，從而在預(yù)燃室中私形成回流區(qū)，卷吸高溫?zé)煔�，達(dá)到穩(wěn)定預(yù)燃室逡逑火焰和燃料著火的目的。旋流燃燒相對(duì)直流燃燒有Ｗ下特點(diǎn)：燃料射流中瓜有一逡逑個(gè)反向回流區(qū)，因此旋流的擴(kuò)展角比直流大，因此燃料射流可從回流區(qū)和外邊逡逑界卷吸大量的高溫?zé)煔鈱?duì)加強(qiáng)燃料與空氣的混合、加速燃料點(diǎn)火、提高燃燒穩(wěn)定逡逑性和燃燒效率有好處；由于燃料射流不僅具有軸向速度，而且具有較大的切向速逡逑度，因此射流出口的端動(dòng)度較大，初期混合強(qiáng)烈。逡逑在工程應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)煙氣回流原理開(kāi)發(fā)出的燃燒器有雙蝸殼旋流燃燒器、逡逑單蝸殼旋流燃燒器、軸向葉片旋流燃燒器和切向葉片旋流燃燒器等，下面分別對(duì)逡逑其進(jìn)行介紹。逡逑雙蝸殼旋流燃燒器結(jié)構(gòu)Ｗ見(jiàn)圖１．４，其主要特點(diǎn)是前期燃料與空氣混合強(qiáng)烈，逡逑燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于舌型擋板調(diào)節(jié)性能欠佳，對(duì)燃料的適應(yīng)性較差。一次風(fēng)阻逡逑較大不適合搭配直吹制粉系統(tǒng)使用，燃燒器出口氣流速度和燃料濃度分布都很不逡逑均勻，因此穩(wěn)燃效果欠佳。逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬寶岐;羅雄威;;我國(guó)半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及建議[J];煤炭加工與綜合利用;2014年04期

2 曾世澤;;半煤半焦煉出優(yōu)質(zhì)鐵[J];河北冶金;1959年17期

3 ;裂解加氫[J];燃料學(xué)報(bào);1957年01期

4 ;低溫半焦的利用[J];石油煉制與化工;1958年12期

5 ;堿金屬催化劑對(duì)煤半焦氣化的影響[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1979年04期

6 沈滿珍,黃克權(quán);用氣相色譜法研究煤與半焦的特性 Ⅰ.煤和在氮?dú)夥障聼峤獍虢沟奈⒖譡J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);1984年02期

7 王劍秋;王賢清;;顆粒頁(yè)巖半焦燃燒反應(yīng)模型的研究[J];石油學(xué)報(bào)(石油加工);1987年03期

8 王賢清;王劍秋;錢(qián)家麟;朱亞杰;;油頁(yè)巖半焦燃燒中灰分層的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究[J];石油學(xué)報(bào)(石油加工);1987年04期

9 白雪峰,郭樹(shù)才;平莊褐煤干餾半焦的合理利用[J];煤氣與熱力;1989年03期

10 邱介山;郭樹(shù)才;;固體熱載體干餾半焦的分子篩性質(zhì)研究[J];煤化工;1992年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 劉軍利;唐惠慶;郭占成;;煉焦收縮階段半焦脫硫的實(shí)驗(yàn)研究[A];2004年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專(zhuān)輯[C];2004年

2 張亞婷;云卉;王露;劉濤;周安寧;;神木半焦改性及其光催化性能的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第12分會(huì)：催化化學(xué)[C];2014年

3 李春虎;楊林;王林學(xué);胡龍軍;齊欣;馮麗娟;;改性活性半焦選擇性吸附脫除燃油中含硫化合物的研究[A];第十三屆全國(guó)催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

4 劉典福;魏小林;盛宏至;;半焦與RDF混燒排放特性實(shí)驗(yàn)研究[A];2004全國(guó)能源與熱工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（2）[C];2004年

5 肖瑞瑞;李鵬;陳雪莉;于廣鎖;于遵宏;;生物質(zhì)熱解半焦對(duì)焦油吸附效果的研究[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會(huì)2009年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

6 周宏倉(cāng);金保升;肖睿;仲兆平;鄭有飛;湯莉莉;;原煤和半焦加壓燃燒飛灰中PAHs分布特性研究[A];持久性有機(jī)污染物論壇2006暨第一屆持久性有機(jī)污染物全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

7 王文泰;李春虎;閻子峰;;半焦的成型及脫除SO_2性能的研究[A];第六屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

8 王萍;于英民;李春虎;;改性半焦低溫下脫除煙氣中NO_x[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2009年年會(huì)暨第三屆全國(guó)石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術(shù)論壇會(huì)議論文集（上）[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 本報(bào)記者 張苓 方雪萍;半焦產(chǎn)業(yè)欲“清潔轉(zhuǎn)身”[N];中國(guó)冶金報(bào);2009年

2 裴賢豐 曲思建 王利斌 商鐵成 張樝 王曉磊;半焦的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[N];中國(guó)冶金報(bào);2010年

3 本報(bào)記者 張興剛;煤熱解需破除半焦利用瓶頸[N];中國(guó)化工報(bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王玉高;煤及熱解半焦粉末的溫和氧化解聚[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

2 胡沔;半焦載Fe-Ni催化劑的制備及其對(duì)生物質(zhì)催化熱解的機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2015年

3 王嵐（Mahmood Laghari）;快速熱解生物質(zhì)半焦的制備及其在沙漠土壤中的應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2015年

4 么遙;細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒及NO_x生成特性實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

5 鞏志強(qiáng);低階煤熱解半焦的燃燒特性和NO_x排放特性試驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

6 王俊琪;煤的部分氣化及半焦燃燒系統(tǒng)集成研究[D];浙江大學(xué);2009年

7 周宏倉(cāng);流化床煤部分氣化/半焦燃燒多環(huán)芳烴生成與排放特性的研究[D];東南大學(xué);2005年

8 張睿;煙煤熱解半焦氣化特性的研究[D];浙江大學(xué);2014年

9 郭峰波;半焦/改性半焦催化CH_4-CO_2重整特性及機(jī)理研究[D];太原理工大學(xué);2013年

10 王芳杰;勝利褐煤溫和氣化焦油催化重整研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李從昭;褐煤低溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

2 孟祥嵩;內(nèi)蒙古褐煤熱解特性及半焦燃燒特性試驗(yàn)研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

3 楊倩;陜北低階煤低溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)研究[D];延安大學(xué);2015年

4 丁曉闊;褐煤半焦加氫氣化制甲烷反應(yīng)特性和反應(yīng)機(jī)理研究[D];太原理工大學(xué);2014年

5 喻長(zhǎng)連;固體熱載體法褐煤熱解及半焦特性研究[D];太原理工大學(xué);2013年

6 梁麗靜;低階煤熱解半焦制水焦?jié){研究[D];湖南科技大學(xué);2015年

7 景瑞軍;含氧煤層氣低溫脫氧研究[D];太原理工大學(xué);2014年

8 洪勇;低熱值油頁(yè)巖半焦流化床燃燒特性的試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2015年

9 彭海軍;Corex熔融氣化爐內(nèi)塊煤裂解形成半焦的結(jié)構(gòu)及性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

10 蔣文強(qiáng);生物質(zhì)熱解及半焦氣化特性實(shí)驗(yàn)研究[D];東北電力大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2801886