煤矸石热解和燃烧动力学特性及与煤层气循环流化床混烧试验研究

论文题目: 煤矸石热解和燃烧动力学特性及与煤层气循环流化床混烧试验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 热能工程

作者: 牛奔

导师: 冉景煜

关键词: 煤矸石,煤层气,热重分析,混烧

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 煤矸石是目前排放量最大的工业固体废弃物之一,具有低挥发分、高灰分、低热值和难燃烧等特点。煤层气是煤炭开采活动中释放出的甲烷,温室效应很强,且易燃易爆,给煤炭开采活动带来隐患。煤矸石和煤层气循环流化床混烧为综合利用煤矸石和煤层气提供了一种新途径,不仅能节约能源,还有利于环保,具有很高的经济和社会效益。文中在深入分析煤矸石和煤层气利用及研究现状基础上,首先利用热重分析法研究了煤矸石的热解特性和机理以及燃烧特性和机理,研究分析了其热解和燃烧的动力学参数,以及煤矸石种类、热解温度、试样粒径、升温速率和压力对煤矸石热解过程的影响,并对煤矸石的着火特性、燃尽特性、综合燃烧性能和燃烧放热性能进行了研究。在此研究基础上,试验研究了一次风率、过量空气系数和煤层气与煤矸石的混烧比等因素对燃烧特性和污染物排放特性的影响。研究结果表明,煤矸石热解终温、煤矸石种类、试样粒径、升温速率和压力对煤矸石热解过程都有较大的影响,主要影响其失重率和热解初析温度;在热解初始阶段,热解反应服从三维球扩散机制,活化能比较高;热解第二阶段服从级数为3/2的化学反应,活化能有所降低;煤矸石中挥发分含量对其燃烧特性有重要影响,挥发分含量越高,煤矸石可燃性能越好,综合燃烧性能越佳;对煤矸石燃烧机理研究表明其燃烧过程服从级数为1的化学反应。研究结果还表明,一次风率、过量空气系数和混烧比对混烧特性和污染物排放特性有重要影响。对于不同混烧比,总风量为220m3/h时,一次风率从0.77增大到0.95,密、稀相区温差减小,燃烧效率升高,NOx排放浓度增加,当一次风率大于0.86时,燃烧效率升高不明显,而CO排放浓度增加较快;过量空气系数从1.1增大到1.5时,密、稀区温度都降低,燃烧效率升高,NOx的排放浓度增大;在相同过量空气系数和一次风率条件下,混烧比增大,NOx的排放浓度逐渐降低,且混烧比R=0.4时,燃烧效率最高;混烧比R=0.1时的最佳脱硫温度为834℃,混烧比R=0.4时的最佳脱硫温度为850℃;随Ca/S比增加,SO2排放浓度大幅度降低,但影响的程度随Ca/S比增加而减弱, R=0.1时的最佳Ca/S=2.5。研究表明当煤层气和煤矸石的混烧比R=0.4,过量空气系数为1.3,一次风率为0.86时,煤矸石和煤层气循环流化床混烧技术中其燃烧效率可达94.5%,能够实现较好的燃烧效果及低污染物排放。文中的研究结果为进一步研究开发煤矸石和煤层气循环流化床混烧技术打下基础,有重要的参考和应用价值。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

主要符号表

1 绪论

1.1 论文选题背景及课题来源

1.2 煤矸石和煤层气特性及利用现状

1.3 煤矸石热解和燃烧特性研究概述

1.4 循环流化床混烧技术的研究现状

1.5 本课题的主要研究内容

2 煤矸石热解和燃烧特性及动力学热重法研究

2.1 概述

2.2 实验设备及方法

2.3 煤矸石热解特性及动力学分析

2.4 煤矸石燃烧特性及动力学分析

2.5 小结

3 煤矸石和煤层气混烧特性试验

3.1 试验装置及系统

3.2 实验内容及工况

3.3 煤矸石和煤层气混烧特性研究

3.4 小结

4 混烧污染物排放特性试验研究

4.1 SO2 排放特性研究

4.2 NOx 的排放特性研究

4.3 小结

5 结论

5.1 本文主要结论

5.2 进一步研究工作的建议

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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