| 题名 | 低阶煤热破碎特性及其半焦富氧燃烧反应特性研究 |
| 作者 | 沈国栋 |
| 答辩日期 | 2016-05 |
| 文献子类 | 硕士 ; 学位论文 ; 硕士 ; 学位论文 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王志奇 ; 王辉 |
| 关键词 | 低阶煤 半焦 热破碎 富氧燃烧 动力学 |
| 其他题名 | 无 |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 英文摘要 | 煤炭在我国国民经济和社会发展中占有极其重要的地位，我国以煤为主的能源结构在未来几十年内不会发生根本性改变。随着我国能源需求日益旺盛以及高品质煤资源的逐渐减少，低阶煤的利用逐渐提上日程，如何经济、高效地利用低阶煤资源显得尤为重要。 中科院战略先导专项“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”中提出了“以高效热解技术为先导，先提取煤中业已存在的油气资源，再将半焦燃烧、或经气化定向转化为液体燃料和化学品”的技术路线，“半焦/煤的清洁高效燃烧”是其中一个重要的研究内容。循环流化床燃烧技术是目前国际公认的商业化程度最好的煤或半焦燃烧技术之一，同时也是低阶煤焦高效燃烧首选的装置之一。低阶煤及其半焦在利用循环流化床技术进行燃烧时，颗粒的破碎特性会对床内物料浓度分布产生很大影响，进而影响床内的物料浓度分布，是流化床设计、运行必须要解决的技术问题。另外，低阶煤半焦富氧燃烧及高氧燃烧反应特性研究可为低阶煤半焦流化床燃烧技术提供基础数据，进而为工程放大奠定基础。本文以上述专项提出的路线为基础，开展了低阶煤热破碎特性及其半焦富氧燃烧反应特性的探索研究。选取神木褐煤和神木烟煤两种我国典型的低阶煤为研究对象，首先研究了两者的热破碎特性，然后在不同热解温度下制得各种低阶煤的半焦，考察了各种半焦在不同氧浓度条件下的燃烧反应特性，并进行了反应动力学分析，同时探索了不同气氛对半焦燃烧特性的影响。 利用管式炉平台研究了两种低阶煤的热破碎特性。实验结果发现，粒径为1.0 mm ~ 5.0 mm的褐煤、烟煤在600°C ~ 800°C温度下均发生了一定程度的破碎。低阶煤的热破碎程度与煤阶、粒径大小及温度等因素有关。在研究范围内，煤阶越低、原煤颗粒越大、温度越高，原煤发生的热破碎越剧烈。 利用热重平台研究了不同制焦温度下制得的低阶煤半焦在不同气氛、不同氧气浓度下富氧燃烧反应特性。结果表明，随着烟煤制焦温度的提高，所制得半焦的燃烧失重曲线往高温区移动，燃点、燃尽点均有不同程度升高，反应难度逐渐增大。不同气氛下，半焦富氧燃烧特性也有所差异，CO2、Ar、N2三种气体密度和热扩散系数的不同可能是原因所在。而当氧气浓度大于40%时，三种气氛下半焦燃烧曲线基本重合，特征温度差距也变得很小。因此，当氧气浓度大于40%时，氧化反应速率迅速增大，而因气体物理特性差异产生的影响减弱，不同气氛对半焦燃烧反应特性基本没有影响，可以将三种不同气氛作为一种燃烧气氛。不同氧浓度下半焦的燃烧特性分析表明，随着氧气浓度的升高，半焦燃烧的燃点、燃尽点均降低，提高氧气浓度可以促进半焦燃烧反应进行。燃烧反应的动力学分析结果表明，半焦富氧燃烧符合D6模型的固相反应机制函数，并计算得到了表观活化能E和指前因子A，同时发现不同氧气浓度下半焦燃烧反应之间存在动力学补偿效应，单凭活化能的变化来评估半焦燃烧反应的动力学特性是不合理的。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 工学 |
| 公开日期 | 2016-07-01 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/9781]  |
| 专题 | 青岛生物能源与过程研究所_热化学转化事业部 |
| 作者单位 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 沈国栋. 低阶煤热破碎特性及其半焦富氧燃烧反应特性研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2016. |
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