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不同气氛下添加剂对煤粉燃烧特性影响及机理研究

2020-12-14阅读(183)

不同气氛下添加剂对煤粉燃烧特性影响及机理研究

论文摘要

随着化石能源的耗尽,工业生产开始越来越多的使用非设计煤种,这将是导致锅炉结渣、效率降低等诸多不利于煤粉高效利用的重要原因;同时化石燃料燃烧是温室气体增加的主要来源,因此研究提高劣质煤炭利用效率并降低温室气体排放的燃烧方法将成为本文的主要工作。本文首先通过热重差热分析仪（TG-DTA）测试研究了添加剂在空气气氛下对单煤及混煤燃烧特性的影响;然后利用卧式管式炉在N2和CO2气氛下制取澳煤（AO）及加入添加剂的澳添煤（AT）的焦样;同时利用卧式管式炉制取了AO及AT在O2/N2及O2/CO2气氛下不同氧浓度时的灰样,并利用红外烟气分析仪测定了不同工况下NOx的排放情况;接着利用TG-DTA测试研究了添加剂在不同工况下对澳煤燃烧特性的影响;最后通过计算燃烧过程中不同控制区域的活化能,以及利用X-射线衍射仪（XRD）、场发射扫面电子显微镜（FESEM）和液氮吸附比表面积分析仪（N2/BET）研究了添加剂及燃烧气氛对煤粉燃烧特性影响的机理。研究结果表明:在空气气氛下此添加剂对单煤及配煤的着火及燃尽都用促进作用,相同条件下对配煤燃烧的改善作用优于单煤,且添加剂的添加量存在最佳范围。在O2/N2及O2/CO2气氛下加入添加剂后澳煤的燃烧特性都得到改善,且在氧浓度达到30vol%以上时,在O2/CO2气氛下添加剂对澳煤燃烧的改善作用优于在O2/N2气氛下的,NOx的释放量也低于O2/N2气氛下;同时加入添加剂后澳煤灰的物相组成发生了较大变化,灰颗粒破碎程度增加、颗粒较小、颗粒表面变亮、颗粒含碳量降低、无灰熔融团聚现象。加入添加剂后,焦颗粒累积比表面积增加,氧气可达比表面积增加,同时最大有效反应比表面积对应的温度降低,对应的燃尽率增加。综述前人研究及本文研究得出此添加剂对煤粉燃烧改善作用的主要机理为:通过XRD测试分析知此添加剂为碱土/碱金属氧化物和高岭石相互混合的复合型添加剂;高温下,其中的碱金属阳离子同煤粉分子中不稳定的含氧官能团相结合,破坏了煤粉分子结构,产生大量的挥发分,改善了煤粉的孔隙结构,使煤粉易着火燃烧;挥发分析出后造成焦炭中H/C原子个数比例增加,使煤粉焦燃烧的更快;同时碱金属阳离子的氧化与还原过程起到电子转移作用,在煤粉燃尽阶段起到内部氧传递作用,因此煤粉燃尽率得到提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 研究意义
  • 1.3 本文研究的主要内容
  • 2 国内外研究进展
  • 2.1 煤粉添加剂的选取及研究方法
  • 2.2 煤粉助燃添加剂的催化机理
  • 2.3 煤粉添加剂的应用
  • 2.4 本章小结
  • 2/N2 气氛下添加剂的催化作用及机理研究'>3 O2/N2气氛下添加剂的催化作用及机理研究
  • 3.1 实验方法及条件
  • 3.2 实验结果与讨论
  • 3.3 燃烧动力学机理研究
  • 3.4 本章小结
  • 2/CO2 气氛下添加剂的催化作用及机理研究'>4 O2/CO2气氛下添加剂的催化作用及机理研究
  • 4.1 燃烧实验方法及条件
  • 4.2 实验结果与讨论
  • 4.3 机理研究
  • 4.4 本章小结
  • 5 全文总结及工作建议
  • 5.1 全文总结
  • 5.2 下一步工作建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 攻读硕士学位发表的论文

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