煤电转化材料过程工程研究

论文摘要

资源与环境问题是密切相关的可持续发展的两大基本问题。本文用材料过程工程学的研究方法,以调查研究和科学试验为手段,以煤电转化过程为研究对象,以煤电转化过程各环节（子过程）“资源减量化、产品再利用、废弃物资源化”为原则,以资源节约和循环利用为核心,以低消耗、低排放、高效率为基本特征,对这一过程进行优化与集成,并对过程排放的污染物进行环境影响的分析评价,使优化的过程符合资源综合利用的要求,节约能源的要求,清洁生产的要求,可持续发展的要求,符合建立在生态学规律之上的循环经济的要求。目的是在工业区或区域层面发展生态工业,把上游生产过程的副产品或废物用作下游生产过程的原料,形成企业间的工业代谢和共生关系。在过程工程学的基础上,对材料过程工程学的框架体系进行了研究。以煤电工业和水泥工业间的交集—废渣的资源化过程的研究为例,进行煤电转化过程的优化与集成。要实现联产首先要优化煤电转化过程。对煤电转化过程各子过程包括动力煤洗选及配煤过程、燃煤发电过程、煤系固体废物综合利用过程、脱硫脱硝过程等的发展现状进行分析研究,分析各子过程存在的问题,提出了技术上及政策上解决的策略。由联产技术得到的联产灰,采用水泥性质实验、化学分析、XRD分析及SEM分析,对煤粉炉和循环流化床锅炉排出的两种粉煤灰（PF灰和AFBC灰）的性质进行对比分析研究,结果表明,化学成分差异不大的两种灰,PF灰细度大、晶相含量小、活性大、强度贡献大、需水性小;PF灰颗粒细小,球形颗粒相对较多,颗粒表面相对较光滑;AFBC灰颗粒相对较粗大,不规则颗粒较多,表面较粗糙,且孔洞较多。通过优化燃煤过程和联产技术,提出了一种新的粉煤灰的科学分类方法,将粉煤灰按发电方式及含钙量分为高钙PF灰、低钙PF灰、高钙AFBC灰和低钙AFBC灰,更有利于粉煤灰在建筑工程和建材工业方面的分类利用。本联产技术是基于煤粉炉燃煤与硅酸盐水泥熟料生产具有相近的温度条件,粉煤灰与水泥熟料具有相似的化学组成。把煤粉炉视为煤粉成分的反应器,进行了煤粉掺杂在与煤粉炉燃煤相似的燃烧条件下的试验研究,通过XRD图分析可以看出,随着含钙量的增加,煤粉灰中的莫来石逐渐消失,形成了钙铝黄长石,随着含钙量的进一步增加,钙铝黄长石的含量又逐渐减少,形成了新的水硬性的硅酸二钙。结果表明,煤粉掺杂量在一定的范围内,经高温快速燃烧可以生成具有水硬性的贝利特矿物,燃煤发电联产水泥是可行的。初步进行了联产灰的性质及利用研究。分析了燃煤发电联产水泥研究现状,找出其存在的问题,认为燃煤发电联产水泥技术的研发是一项系统工程,必须结合我国火电技术的发展,组织相关学科专家、学者联合攻关才能完成。提出燃煤发电联产水泥技术的研究思路,即顺应煤种、炉型和炉膛温度等条件,研究锅炉燃烧状况下,煤-渣变化的规律,在此基础上,研究煤粉的配方,经安全发电后获得不同水硬性成分的熟料。利用（?）分析原理,分析计算煤电转化过程的（?）效率;利用煤电转化过程排放物的（?）值,分析计算煤电转化过程排放物对环境的影响。用环境负效应数学式结合气载流出物的非致癌污染物健康危害数学式,参照我国《环境空气质量标准》及《火电厂大气污染排放物标准》评价煤电转化过程对环境及人体健康的影响。对我国燃煤发电技术发展进行了分析研究,认为我国未来几十年主流发电方式是最有技术继承性、最具条件在短时间内实现规模化生产、最具优化火电结构等优势的超（超）临界发电,以及环保效果较好的循环流化床锅炉发电。以这两种发电方式为核心,对整个煤电转化过程进行优化与集成,提出符合我国实际的煤电转化过程路线,并提出优化集成的煤电转化过程及煤系主要产物循环利用途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.1.1 资源问题—水泥生产
• 1.1.2 能源问题—燃煤发电
• 1.1.3 环境问题
• 1.1.4 选题的意义
• 1.2 水泥生产过程
• 1.2.1 水泥生产过程
• 1.2.2 中国水泥工业发展现状
• 1.2.3 水泥科学技术发展方向
• 1.3 煤电转化过程综述
• 1.3.1 动力煤洗选技术进展
• 1.3.2 动力配煤技术进展
• 1.3.3 燃煤发电技术进展
• 1.3.4 煤系固体废物综合利用
• 1.3.5 燃煤氮、硫氧化物排放控制
• 1.5 本文研究的目的、思路及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究思路
• 1.5.3 研究内容
• 2 材料过程工程学研究
• 2.1 过程工程学综述
• 2.1.1 过程工程学的产生与发展
• 2.1.2 过程工程学研究的内容
• 2.1.3 过程工程的特性及研究目标
• 2.2 材料过程工程学
• 2.2.1 材料过程工程学的定义
• 2.2.2 材料过程的架构组元
• 2.2.3 材料过程工程学研究的基本框架
• 2.2.4 材料过程工程学研究的理论基础
• 2.2.5 材料过程工程学研究的领域
• 2.3 小结
• 3 燃煤发电联产水泥技术的可行性研究
• 3.1 煤电工业与水泥工业间过程的优化与集成
• 3.2 燃煤发电联产水泥效益估算
• 3.3 煤电转化过程（火用）效率分析
• 3.3.1 （火用）概念
• 3.3.2 （火用）平衡原理
• 3.3.3 （火用）效率
• 3.3.4 煤电转化过程的烟效率计算
• 3.4 煤粉掺杂试验研究
• 3.4.1 热值变化
• 3.4.2 燃煤残渣分析
• 3.5 煤电转化过程环境影响（火用）分析
• 3.5.1 系统的环境负效应
• 3.5.2 煤电转化过程排放的污染物及环境负效应
• 3.5.3 烟气排放对环境产生的负效应计算及分析
• 3.6 燃煤发电联产水泥技术研究现状及存在的问题
• 3.6.1 燃煤发电联产水泥技术研究现状
• 3.6.2 燃煤发电联产水泥技术研究存在的问题
• 3.7 小结
• 4 燃煤发电联产灰的性质与利用研究
• 4.1 联产粉煤灰的性质比较研究
• 4.1.1 试验
• 4.1.2 粉煤灰的分类利用
• 4.2 联产灰水泥研究
• 4.2.1 联产灰水泥试验
• 4.2.2 联产灰水泥物理力学性能及技术性质测试
• 4.2.3 影响联产灰水泥品质及性质的因素
• 4.3 联产灰保温材料研究
• 4.3.1 主要原料及作用
• 4.3.2 试件制作
• 4.3.3 材料性能测试
• 4.3.4 材料性能研究
• 4.4 联产水泥加气混凝土材料研究
• 4.4.1 主要原料及作用
• 4.4.2 试件制作
• 4.4.3 性能测试
• 4.5 小结
• 5 煤电转化过程优化与集成
• 5.1 煤电转化过程的优化与集成
• 5.1.1 煤电转化过程优化集成的原则
• 5.1.2 煤电转化过程优化集成的目标
• 5.2 煤电转化过程各子过程优化策略
• 5.2.1 动力煤洗选过程的优化策略
• 5.2.2 动力配煤过程优化策略
• 5.2.3 燃煤发电联产水泥过程优化策略
• 5.2.4 煤矸石综合利用过程优化策略
• 5.2.5 粉煤灰综合利用过程优化策略
• 5.2.6 脱硫过程优化策略
• 5.2.7 脱硝过程优化策略
• 5.3 优化集成的煤电转化过程及主要产物循环利用
• 5.3.1 优化集成的煤电转化过程
• 5.3.2 优化集成的煤电转化过程中主要产物循环利用
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢