低階煤水熱改性制漿的微觀機(jī)理及燃燒特性研究.pdf

1、我國褐煤等低階煤資源儲(chǔ)量豐富，但由于含水量大、熱值低等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到限制。常規(guī)方式干燥后的褐煤具有重復(fù)吸水能力和易自燃的特點(diǎn)，不適于長途外運(yùn)，多用于坑口電廠直接燃燒應(yīng)用。水熱處理可以有效降低低階煤內(nèi)在水分和氧含量，抑制其易自燃特性；水熱處理后低階煤不再重復(fù)吸水，同時(shí)熱值升高，應(yīng)用領(lǐng)域得到拓寬。改性后低階煤制備水煤漿，可以替代部分石油燃料應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。本文圍繞褐煤、亞煙煤等低階煤的水熱脫水改性、漿體燃料制備及其燃燒特性，進(jìn)行了以下工

2、作。
　　 ⑴采用熱重等溫干燥的方法，對(duì)褐煤的脫水過程進(jìn)行了機(jī)理分析，得出褐煤等溫干燥過程可以分成兩個(gè)階段，分別受毛細(xì)管束縛力和吸附/脫附機(jī)理控制。
　　 ⑵構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)并采用“非蒸發(fā)”的水熱方法對(duì)低階煤進(jìn)行脫水改性，得出改性終溫、反應(yīng)釜初始?jí)毫?duì)改性過程影響顯著。改性后低階煤揮發(fā)分含量降低、固定碳含量以及熱值升高，氧/碳原子比降低表明改性過程使煤階有所升高。水熱處理過程中有一定濃度的H2S生成，說明水熱處理具有一定的脫硫

3、效果。
　　 ⑶成漿性試驗(yàn)表明，改性后低階煤水煤漿仍具備“剪切變稀”的假塑性流體特征；提高反應(yīng)終溫或反應(yīng)釜初始?jí)毫梢悦黠@提高低階煤的成漿濃度，并有利于改善漿體的流動(dòng)性和穩(wěn)定性；停留時(shí)間延長對(duì)成漿濃度提高作用不明顯，但卻有利于改善穩(wěn)定性；裝樣量以及干煤/水比對(duì)成漿性能提高無明顯影響。改性后小龍?zhí)逗置旱淖畲蟪蓾{濃度可以由44.6％(原煤)提高到64.55％，其它低階煤的最大成漿濃度也基本可以提高至60％左右。
　　 ⑷對(duì)改

4、性前后低階煤的理化特征進(jìn)行分析，總結(jié)出水熱處理對(duì)成漿性能改善的機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面：改性后低階煤孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔比表面積降低與成漿濃度提高存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，半徑小于1000nm孔的孔容積減小也是成漿濃度提高的原因；親水性的羧基、酚羥基等含氧基團(tuán)含量降低，提高了低階煤表面的斥水性，增大了煤水界面接觸角，使低階煤束縛水能力減弱，導(dǎo)致內(nèi)在水分降低，提高了成漿濃度；紅外光譜分析表明水熱處理改變了低階煤的分子結(jié)構(gòu)，在減少親水性含氧基團(tuán)的同時(shí)

5、，提高了煤的芳香度和碳化程度，這對(duì)成漿性能改善有利。
　　 ⑸對(duì)改性前后低階煤的燃燒特性進(jìn)行了熱重分析，結(jié)果表明改性低階煤的著火溫度有所提高，這有利于抑制自燃的發(fā)生；改性低階煤的綜合燃燒性能較原煤稍有提高，并高于兗州煙煤。動(dòng)力學(xué)分析表明，低階煤經(jīng)過水熱改性后，前期燃燒反應(yīng)活性較原煤降低，而后期反應(yīng)活性則有所升高。
　　 ⑹利用臥式爐中試系統(tǒng)對(duì)改性低階煤水煤漿進(jìn)行了熱態(tài)試驗(yàn)，并與大同煙煤水煤漿進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，改性低階

6、煤水煤漿爐內(nèi)溫度水平與大同煙煤水煤漿相當(dāng)；沿爐膛軸向，溫度場(chǎng)呈現(xiàn)“雙峰”特征，分別對(duì)應(yīng)揮發(fā)分燃燒為主和焦炭燃燒為主的過程；改性低階煤水煤漿的燃盡性能優(yōu)于大同煙煤水煤漿；爐內(nèi)取樣顆粒微觀形貌分析表明，低階煤由于揮發(fā)分含量高、粘結(jié)性低，初期著火過程煤顆粒呈現(xiàn)“爆裂”特征，而大同煙煤水煤漿煤顆粒則由于熱塑性，呈現(xiàn)出“煤胞”和大孔結(jié)構(gòu)。由沿程顆粒燃燒動(dòng)力學(xué)分析可知，隨爐內(nèi)燃燒過程的進(jìn)行，顆粒燃盡的活化能增加，表明燃盡過程的反應(yīng)活性下降，燃盡過程

7、減緩，這也是通常爐膛出口飛灰中含有一定份額未燃盡碳的原因之一。
　　 ⑺采用計(jì)算流體力學(xué)軟件(Fluent)對(duì)低階煤水煤漿的旋流燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，爐內(nèi)溫度場(chǎng)、氣氛?qǐng)雠c實(shí)際試驗(yàn)工況較接近。變風(fēng)溫工況預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，冷風(fēng)(30℃)使著火距離延長，燃燒高溫區(qū)有所延后，爐膛出口附近CO濃度明顯升高；冷風(fēng)工況雖然可以實(shí)現(xiàn)著火，但燃燒效率降低。降負(fù)荷工況預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，70％負(fù)荷條件下，爐內(nèi)燃燒情況良好，但爐內(nèi)溫度水平有所下降，火焰