油頁巖及半焦混合燃燒特性理論與試驗研究.pdf

1、油頁巖是一種重要的能源資源,在世界范圍內(nèi)油頁巖儲量折算成發(fā)熱量僅次于煤,在化石燃料中位列第二。作為油頁巖干餾煉油后的半焦,揮發(fā)分含量低、熱值低、灰分大,因此難著火、難燃盡,且污染環(huán)境。為了有效處理油頁巖干餾后產(chǎn)生的半焦,最大限度利用油頁巖資源,本文通過模擬巴西佩特洛瑟克斯(Petrosix)干餾工藝,搭建了油頁巖干餾實驗裝置。在對油頁巖和半焦的理化特性及微觀結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,從理論和試驗兩個方面開展油頁巖半焦、油頁巖及半焦混合物

2、的燃燒特性研究。
　　進(jìn)行了油頁巖及半焦混合燃燒熱分析實驗,詳細(xì)研究了油頁巖干餾終溫、升溫速率、粒徑以及摻混比對燃燒特性的影響。理論上，采用分布活化能模型(DAEM)獲得了混合燃燒動力學(xué)參數(shù)，并分析了活化能的變化趨勢。基于補(bǔ)償效應(yīng)分析，結(jié)合熱重曲線、反應(yīng)性和預(yù)測能力對混燒過程中組分間的相互影響，進(jìn)行了混燒過程動力學(xué)參數(shù)的預(yù)測研究。結(jié)果表明，混燒過程中各組分之間產(chǎn)生的協(xié)同作用有效改善了混燒特性和反應(yīng)性。通過采用Logistic函數(shù)模

3、擬的分段動力學(xué)和總體動力學(xué)研究表明，由于存在不同的燃燒段，各段相對應(yīng)的活化能和頻率因子的預(yù)測能力不同。
　　在小型流化床燃燒試驗臺上進(jìn)行了油頁巖及半焦的流化燃燒試驗研究，并就原油頁巖及灰渣樣品的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，獲得了相應(yīng)的吸附和脫附等溫線?；贐ET法、BJH法和FHH模型，獲得了樣品的比表面積、孔分布及分形維數(shù)。結(jié)果表明，燃燒過程中油頁巖的比表面積和孔體積的變化趨勢為先迅速增加再逐漸降低，而半焦的孔體積整體呈逐漸遞減趨勢

4、，且較低的流化床溫有利于孔結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展。燃燒前期，油頁巖灰渣表面分形維數(shù)迅速增加，而后略有減小，燃燒后期幾乎不再變化。燃燒過程中灰渣的分形維數(shù)明顯大于原油頁巖分形維數(shù)。
　　從理論和試驗兩個方面，對固定床及流化床兩種不同燃燒方式下混合燃料的著火和燃盡特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同燃燒方式下油頁巖著火機(jī)理存在明顯差異，采用固定床燃燒方式或流化床間斷給料的條件下，油頁巖燃燒為均相著火;而流化床一次給料時則處在向非均相著火過渡的狀態(tài)

5、。同樣，燃燒方式對油頁巖和半焦的著火溫度影響顯著，固定床下著火溫度最低，而流化床一次給料條件下著火溫度較高。床溫和粒徑是影響油頁巖及半焦混合燃盡的重要因素，燃盡時間隨床溫升高而減小，燃料粒徑越大，床溫影響越明顯;燃燒過程比較擴(kuò)散控制而言更接近于動力控制。
　　在大型循環(huán)流化床燃燒試驗臺上進(jìn)行油頁巖及半焦混燒試驗，系統(tǒng)研究了混合比、床層溫度、一二次風(fēng)配比等參數(shù)對循環(huán)流化床燃燒特性影響，獲得爐內(nèi)溫度、物料粒度及爐內(nèi)煙氣成分分布特點。結(jié)