煤泥的凝聚结团及燃烧特性

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1、硕士学位论文煤泥的凝聚结团及燃烧特性AGGOMERATIONANDCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFCOALSLIME刘松霖哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工程硕士学位论文煤泥的凝聚结团及燃烧特性硕士研究生：刘松霖导师：王辉教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TK224.1U.D.C：621.18Dissertationforthe

2、MasterDegreeinEngineeringAGGOMERATIONANDCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFCOALSLIMECandidate：LiuSonglinSupervisor：Prof.WangHuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Instit

3、ution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着近年来煤炭的大量开采和使用，使得现有煤炭煤质变差，同时导致环境问题十分严峻。因此，开采出来煤炭的大部分需进行洗选分离，按质利用，煤泥便是煤炭洗选加工过程中的副产品。由于煤泥具有高水分含量及持水性、高灰分、低热值等特性，导致对煤泥的利用十分局限。高灰分低热值的特点会影响煤泥的快速燃尽并带来一定的锅炉磨损问题；高水分的特点又会带来流化床床温下降、燃烧效率降低等问题，同时还会使煤泥在高温条件下发生热爆和结团和现象。煤泥的结团特性会使颗粒给入锅炉时不被还原成细粉而发生扬析，进

4、而促进燃料燃烧效率的提高，但是团块过大不利于煤泥的燃尽，容易造成床层的堆积。基于煤泥高水分含量及持水性、高灰低热值的特性，研究不同给料特性和运行工况对煤泥燃烧特性的影响，并提出适合煤泥稳定燃烧的低能耗技术，对煤泥在CFB锅炉中的清洁高效燃烧利用具有重要意义。本文采用了山东济宁、山西临县、陕西子长三种不同地区的浮选尾煤煤泥，利用卧式管式炉试验系统研究了煤泥的静态燃烧特性及燃烧过程宏观及微观结构的演化，借助马弗炉研究了大直径给料条件下煤泥的结团燃烧特性，利用小型流化床试验台研究了水分对煤泥燃烧和气体排放特性的影响。并结合多种分析测试手段及数据分析，

5、对煤泥的基础特性有了更深一步的了解，得到了较有价值的结论。通过在卧式管式炉中进行煤泥的静态燃烧试验，得到了煤泥颗粒在不同炉温条件下，不同直径的单个煤泥颗粒在空气气氛中的燃烧特性，得到了煤泥颗粒在燃烧过程中的温度变化规律及燃烧图像变化规律。在挥发分均相着火阶段，由于挥发分在短时间内大量析出，导致颗粒表面结构发生明显变化。不同的煤泥相应的温度变化不同，相同炉温下不同直径的煤泥温度变化相似。颗粒直径增加，其内部气体的扩散减慢，会导致燃烧反应过程变慢，相应的着火延迟时间及燃尽时间增加；放热性能指数随着颗粒直径的增加而减小，不同煤泥之间放热性能指数不同，

6、与煤泥挥发分及灰分含量有关。利用高清摄像机捕捉了其在燃烧过程中的宏观结构的变化，在均相燃烧段发现了大量的喷出物，经过XRD分析得到其主要成分为无定形碳，证明了煤泥颗粒内部存在有机碳分子结构由复杂无序的缩合芳香核大分子结构向有序的结构简单的无定形碳分子转化这一过程。经过氮吸附测试分析得到，煤泥颗粒内部的孔隙结构以介孔为主，并有少量的微孔。孔隙结构经历由初始时刻的较复杂，到简单，再到复杂，最后变得简单的过程。SEM电镜分析印证了上述孔隙结构的变化过程，同时发现均相燃烧阶段热解产物填充孔隙的现象。I摘要对于煤泥的结团燃烧特性，给料直径的增加会促进煤泥

7、形成较大的团块，结团率会增加。煤泥结团特性也受到给料形状的影响，主要是由于比表面积的不同，比表面积较低形状所对应的结团率较高，但是比表面积过大也会加快煤泥内部水分蒸发的过程，并促进结团发生。煤泥的结团特性受到炉温的影响十分明显，随着炉温的增加，形成较小的团块较多，结团率呈下降趋势。不同种类的煤泥结团特性受到煤泥原始粒度组成、挥发分含量、灰分含量和组成等性质的影响，原始粒度组成较粗的煤泥有利于结团的形成，另外挥发分含量较低、灰分较高也容易形成结团。结团率并不是越高越好，较高的结团率不利于煤泥的快速燃尽。结合煤泥结团后的结构和形状分析建立了煤泥结团

8、燃烧过程的结构模型。为了进一步研究煤泥的燃烧特性，在流化床燃烧试验中研究了水分含量对煤泥燃烧及气体排放特性的影响。利用热重分析得到了不同水分煤泥的基本