收藏本站
《中国地质大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新疆准噶尔含煤盆地煤及燃煤电厂燃煤副产物研究

李晶  
【摘要】:准噶尔煤盆地是新疆维吾尔自治区最大的含煤盆地之一,蕴含丰富的侏罗系煤炭资源。由于距离我国能源需求大的东南部发达地区较远,新疆煤炭资源目前及未来很长时间内将主要在当地大量地用于燃煤电厂发电及煤的气化液化等。煤资源的使用一方面促进了经济的迅速增长,另一方面,燃煤电厂不仅产生大量的燃煤副产物,同时,大量的气体污染物和颗粒物也可能排入大气,造成严重的环境问题。为此,研究煤中元素的含量及电厂燃煤过程中微量元素(尤其是与环境密切相关的微量元素)的富集行为对环境的影响是非常重要的。同时,燃煤副产物的多种潜在高附加值的回收利用也具有重大的环境和经济意义,不仅降低了废弃物堆放空间及潜在的环境风险,而且低成本的副产物回收利用也将带来较大的经济利益。 本论文对准噶尔盆地东部和南部煤田不同勘探区钻孔煤样的煤级特征,煤岩学,煤矿物学及煤地球化学特征进行了分析,同时,对新疆红雁池和苇湖梁2个主要以准噶尔煤为燃料的燃煤电厂的燃煤废弃物的各种特征,尤其是其中微量元素环境地球化学特征及其富集和淋滤特性进行了研究。在此基础上,对燃煤副产物进行了多种高附加值的应用实验研究,如沸石的合成,耐火材料,隔音材料的加工,陶瓷砖及泡沫玻璃的制备等。通过以上研究,综合评价了研究区的煤质特征,初步解释了成煤环境,并且详细评价了电厂燃煤副产物的多种高附加值利用的可行性。本论文的研究对准噶尔丰富的煤炭资源的综合勘探开发利用具有重要的理论指导意义和环境意义,取得的主要成果如下: ●1)准噶尔每质特征 准噶尔含煤盆地为一超大型含煤盆地,预测煤炭资源储量达7千亿吨。单一巨厚煤层至数十层分叉可采煤层广泛发育于整个盆地中侏罗统西山窑组和部分发育于八道湾组的地层中,最大累计可采煤层厚度达100多米。准噶尔盆地东部和南部煤田煤具有低的灰分产率,中高水分含量和高挥发份产率,煤级总体属于高挥发份烟煤。煤的显微煤岩组分以惰性组和镜质组为主;同时煤中具有低的硫分含量,低的矿物含量以及低的微量元素含量。这种低硫、低灰、低微量元素含量指示了准噶尔煤为一种高洁净煤。但值得注意的是与准南煤田和我国其它煤田相比较,准东煤田煤具有相对高的水分和Na含量。沉积相及煤相分析表明准噶尔盆地准东煤田煤主要形成于浅湖沉积背景下的弱氧化-还原的干燥森林沼泽相成煤环境。单一巨厚煤层区与相对薄的多煤层分叉区相比,单一巨厚煤层区煤中的矿物含量,S含量及微量元素含量略低,并具有相对高的惰性组含量,这可能与单一巨厚煤层区物源碎屑供应较少,成煤环境相对更稳定,泥炭沼泽的堆积速率约大于基底的沉降速率,比较长时期的处于相对高位的泥炭沼泽有关。 ●2)电厂燃煤及副产物的特征 新疆苇湖梁和红雁池燃煤电厂主要以准噶尔煤为燃料,故其燃料煤也以低硫、低灰、低矿物及低元素含量为特征,预示其燃煤废弃物也将对环境产生较小影响。研究表明,两个电厂的燃煤飞灰及炉渣主要由无定形的玻璃基质组成(73-90%),含有少量的石英、莫来石、钙长石及微量的赤铁矿,方解石和硬石膏等矿物。燃煤飞灰的玻璃基质具有较高的Si02含量及高的SiO2/Al2O3(?),近似于欧洲飞灰的平均值,属于F型飞灰。飞灰中的微量元素含量极低,几乎低于欧洲飞灰的最小值。同大部分粉煤燃烧电厂类似,燃煤过程中煤中的大部分元素主要被保留在飞灰而非炉渣中(70%)。S和C1在静电除尘器中具有高挥发性,F、Hg、B、Se、As、Cu和Zn也具有部分挥发性,但是由于两个电厂中都安装有烟道气脱硫装置,这些挥发性的元素主要被吸附在烟道气脱硫装置中,仅有极少被排放入大气中。此外,炉渣,烟道气脱硫石膏以及煤矸石中的微量元素也较低,而且所有燃煤副产物均具有极低的淋滤特性,根据欧盟委员会对固体垃圾处理的决议(2003/33/EC),这些燃煤副产物均属于无害或惰性堆积材料,对环境具有极低的影响。 ●3)应用燃煤飞灰合成沸石 所采电厂飞灰可以通过直接转化和碱性熔融两种方法有效地用于合成高分子沸石材料。通过NaOH直接转化法合成了具有工业使用价值的NaP1型沸石及少量的含钠菱沸石和含钠钙十字沸石;合成结果受飞灰特性(如玻璃基质的含量,Si/Al比及飞灰粒度等)以及各种合成条件(NaOH溶液浓度,合成温度,合成时间及NaOH溶液体积/飞灰质量比)的影响;增加合成温度,合成时间及NaOH浓度将提高合成效率,但是过高的合成温度(≥200。C)和NaOH浓度(≥3M)以及过长的反应时间(≥12h)将不利于P型沸石的合成,反而利于形成低离子交换能力的方沸石;NaOH直接转换法具有30-50%的合成效率,离子交换能力高达2.4meq/g的P型沸石材料可以在较低的经济成本下(150℃,2M NaOH,2L/kg NaOH/飞灰比,8h)合成。 通过NaOH碱性熔融法合成了X型和A型沸石,该方法的合成结果同样受飞灰特性及合成条件的影响:高的NaOH/飞灰质量比有利于X型及A型沸石的合成,高的结晶温度利于合成低离子交换能力的方钠石等而不利于X型及A型沸石的合成。此种合成方法具有40-77%的合成效率,离子交换能力高达3.3meq/g的X/A型沸石可以在较低经济成本下(110。C,6-8h)合成。而且,这两种方法合成的P型,X/A型沸石材料,尤其是X/A型沸石材料具有良好的废水处理效果,可以有效的去除工业废水中的Cu、Pb、Zn、Ni及Cd等重金属。 通过KOH直接转化法合成了麦钾沸石,用KOH作为反应剂需要较高的反映条件(KOH浓度≥3M,合成温度≥150。C,反映时间≥8h),合成的麦钾沸石材料具有0.6-3.4meq/g的离子交换能力;在相对较低成本下(5MKOH溶液,150℃,8h)利用中试规模的工厂反应器合成离子交换能力为1.6meq/g的麦钾沸石材料,通过向日葵的种植实验证实这些沸石材料可以作为植物生长有效的钾肥。 ●4)应用飞灰/烟道气脱硫石膏制备耐火材料 电厂烟道气脱硫石膏以及不同比例的飞灰/石膏混合物可以用来加工耐火材料,高达80%的飞灰可以被用作原材料。合成的耐火材料属于高密度耐火材料(1.09-1.27g/cm3),其抗压强度(4.2-12.6MPa)及挠曲强度(2.3-4.7MPa)远高于欧盟条例规定的同类材料的最低强度(1MPa);其耐火能力随着原材料中飞灰比重的增加而减少,纯脱硫石膏制成的耐火材料具有最优的耐火能力(延迟着火时间52分钟),但是即使使用80%的飞灰制成的耐火材料其耐火特性(延迟着火时间30.5分钟)仍然接近于纯工业石膏制成的耐火材料(延迟着火时间31.9分钟)。同时这些耐火材料具有极低的淋滤性,因此对环境的影响极低。 ●5)应用飞灰/煤矸石制备陶瓷砖 应用飞灰和电厂煤矸石的混合物可以烧结陶瓷砖体。30-50%的飞灰与70-50%煤矸石粉混合,在不同的温度下(900-1100。C)烧结,制成的陶瓷砖体没有明显的收缩变形,但是随着烧结温度的增加,砖体的密度增加,孔隙率及吸水性降低。从经济成本考虑,在较低烧结温度下制成的低密度砖体不仅节约成产成本,而且较好的空隙结构也使其具有良好的隔热性能。这些飞灰/砖体的挠曲强度(9.93-10.66MPa)随着飞灰用量的增多而减少,但是仍比普通粘土砖体高2-3倍。从环保角度,这些陶瓷砖体烧结过程中仅有少量的CO2排放(90-116g/kg),而且砖体具有极低的淋滤性,因此可以大规模的使用而不会引起环境的污染。 ●6)应用飞灰/回收玻璃制备泡沫玻璃 应用飞灰和回收玻璃粉末的混合物可以制作一种高效的隔热、隔音材料-泡沫玻璃。飞灰的灰熔点及有机碳含量,飞灰/玻璃的用量比,Na2CO3助熔剂和SiC起泡剂的使用,烧结温度以及在烧结温度的停滞时间等都影响泡沫玻璃的性能。降低飞灰的用量可以降低起泡温度,但是太少的飞灰由于较低的有机碳含量而不足以产生足够的起泡气体。由于所用飞灰的灰熔点较高,考虑到经济成本并同时消耗尽可能多的燃煤飞灰,Na2CO3助熔剂及SiC起泡剂被使用以降低起泡温度并获得良好的孔隙结构。同时,好的泡沫玻璃的性能取决于烧结温度增加过程中的混合物粘滞性的降低与起泡气体排放量增加的平衡,太高的烧结温度将产生大而疏的气孔,而不利于大量均一空隙结构的形成,因此泡沫玻璃的机械强度将大大降低。增加停滞时间同样产生大而疏的空隙结构,降低其机械强度,不利于其实际应用。综合以上因素,添加9-11%的Na2CO3助熔剂及0.5%的SiC起泡剂,多达33-43%的飞灰可以用作原材料,在865-915。C的烧结温度和15分钟的高温停滞时间下可以形成较好的泡沫玻璃。这些泡沫玻璃的视密度约为0.6g/cm3,略高于同类飞灰泡沫玻璃材料,其抗压强度与商业泡沫玻璃及同类飞灰泡沫玻璃相当,可以大规模地被用作隔热和隔音材料。同时,在烧结过程中仅有少量的CO2(25-77g/kg)排出,没有SO2排出;而且这些泡沫玻璃的淋滤性极低,因此在使用过程中对环境没有明显的影响。 ●7)应用炉渣制备隔音材料 三种不同粒度(5mm,1.25-5mm and1.25mm)的电厂炉渣可以大量的(80%)与普通硅酸盐水泥(20%)混合加工成不同的隔音材料。与同类隔音材料相比,这些隔音屏具有近似的密度和抗压强度;而且其密度和抗压强度随着颗粒粒度的增加而降低;相反,随着炉渣颗粒粒度的增加,孔隙率增加,隔音屏的吸音效果反而增加;中等粒度和粗粒炉渣制成的隔音屏具有良好的吸音效果,类似于由粗粒多孔水泥制成的隔音材料的吸音效果。从环保角度,这些隔音屏具有极低的淋滤性,对环境无明显的影响。 ●8)煤及燃煤副产物特征对其潜在应用的影响 总体上,新疆准噶尔丰富的优质煤炭资源使其燃煤副产物具有多种高附加值的回收利用的潜能。燃煤副产物的多种应用主要取决于不同副产物的各种特性,而燃煤副产物的特征很大程度受煤质特征及电厂燃烧条件的影响。首先,准噶尔煤的低S及低元素含量导致燃煤副产物中矿物及微量元素含量较低,加之烟道气脱硫装置的使用,在燃煤过程中很少的气态挥发物排入大气,而且这些燃煤副产物具有很低的淋滤性,这种低淋滤低排放的性质为燃煤副产物的诸多潜在应用提供了有利的环境保障。准噶尔煤中的低灰、低矿物含量导致燃煤飞灰中的矿物含量较低而硅铝质玻璃基质含量较高,这有利于沸石的合成;同时,燃煤飞灰的高玻璃基质含量,细的颗粒粒度以及低的气体排放率使其成为良好的陶瓷砖体原料;然而,高的硅铝质含量导致飞灰的软化温度(1255。C)及灰熔点(1345。C)较高而不适于制作陶瓷瓷砖材料。另一方面,飞灰的灰熔点及有机C含量影响其制作泡沫玻璃的起泡行为,助熔剂及起泡剂的使用可以大大降低起泡温度,优化泡沫玻璃的孔隙结构。此外,燃煤副产物的组成也受其他一些因素的影响,如电厂燃烧技术,燃烧温度和时间,滤波器及其他烟道气清洁装置的类型等,这些因素导致了燃煤废弃物的不同的物化等特征,也在一定程度上影响了这些副产物的潜在应用,例如飞灰的粒度也影响着沸石合成的结果和效率;炉渣的粒度是影响隔音屏的吸音效果的最重要的参数。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 雷体钧;中国燃煤电厂的二氧化硫排放控制[J];国际电力;1998年04期
2 黄慧诚;;沙角A电厂:年赚五亿治污等拨款[J];环境;2002年06期
3 ;英国部分燃煤电厂试烧劈柴[J];环境导报;2003年08期
4 严术生;;我国华东区主要燃煤电厂及其用煤情况[J];煤质技术;2006年01期
5 魏国强;何伯述;王丽俐;;燃煤电厂烟气汞排放控制技术[J];环境保护;2007年07期
6 丁东伟;;简述我国燃煤电厂烟气脱硫技术的国产化进展[J];黑龙江科技信息;2008年35期
7 蔡伟龙;罗祥波;郑智宏;洪丽美;乐世平;郑锦森;;PPS覆膜滤料的性能及应用[J];中国环保产业;2010年10期
8 何世德;张占梅;周于;;燃煤电厂现代水务管理技术研究[J];电力科技与环保;2010年05期
9 顾谦甫;史斌;;燃煤电厂贮灰库排水量及水质预测[J];浙江水利科技;1991年02期
10 高克凌;制订地方燃料质量法规 减少电厂硫化物排放[J];中国能源;1996年07期
11 关多娇;严横;;燃煤电厂烟气脱硫现状与发展探讨[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2005年Z1期
12 胡丽萍;;燃煤电厂建设过程中的水土保持设计方案探讨[J];电力环境保护;2006年01期
13 曾芳;侯文佳;尹连庆;宋海红;;燃煤电厂环境污染物预测模型(英文)[J];中山大学学报(自然科学版);2007年S1期
14 曾绍伦;任玉珑;王伟;;基于DEA的燃煤电厂循环经济评价研究[J];中国人口.资源与环境;2009年03期
15 贾海娟;黄显昌;张振欣;海涛;;燃煤电厂建设项目环境影响评价中有关问题的探讨[J];环境污染与防治;2010年02期
16 鲁晟;姚德飞;;燃煤电厂烟气中颗粒物粒径分布特征研究[J];环境污染与防治;2010年08期
17 张宝坤;;CO_2俘获和储存技术应用于电厂[J];电气时代;2011年02期
18 本刊编辑部;;我国燃煤电厂的烟气净化关键技术实现国产化[J];广东电力;2011年04期
19 刘昆;强栓榜;韩小东;;燃煤电厂CO_2减排技术进展[J];中国环境管理干部学院学报;2011年02期
20 ;我国燃煤电厂脱硫的技术经济政策[J];中国环保产业;1996年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨军;黄少斌;蒋然;邓康;梁炜;;生物过滤脱除燃煤电厂烟气中氮氧化物工业化试验研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
2 罗福多;;福建沿海新建燃气(LNG)电厂与燃煤电厂上网电价比较分析[A];福建省科协第四届学术年会能源与经济的可持续发展研讨会论文集[C];2004年
3 宋鹭;龚为民;李本广;龚新毅;;燃煤电厂水力冲灰灰场水环境评价指标体系实例研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
4 范小克;;破解燃煤二氧化硫污染防治的世界难题实现循环经济的战略突破[A];中国环境保护优秀论文集(2005)(下册)[C];2005年
5 黄强;;煤炭自动采样装置在安庆石化热电厂的应用[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年
6 王圣;朱法华;;我国燃煤电厂氮氧化物控制技术与对策[A];中国环境保护优秀论文精选[C];2006年
7 仲卫东;;关于燃煤电厂二氧化硫的污染控制[A];山东电机工程学会发电单位会员“节水与环境保护”交流论文集[C];2002年
8 薛建明;马果骏;;燃煤电厂烟气脱硫技术的发展[A];第九届全国电除尘、第一届脱硫学术会议论文集[C];2001年
9 潘利祥;;燃煤电厂脱硫石膏品质影响因素及其对石膏制品的影响[A];第二届脱硫技术及脱硫石膏、脱硫灰(渣)处理与利用大会论文集[C];2008年
10 邹学明;李军;郑文富;;关于某燃煤电厂600MW汽轮机旁路系统容量的选择探讨[A];“建设资源节约型、环境友好型社会——节能、环保、可持续发展”研讨会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李秀中;上海:用排污费补贴燃煤电厂脱硫[N];第一财经日报;2006年
2 徐卫佳;加快推进燃煤电厂脱硫改造[N];西部时报;2008年
3 张祖谦;减排声中,黑煤却在欧洲再度得宠[N];上海证券报;2008年
4 王志轩;电厂脱硫“剪不断理还乱”[N];中国电力报;2006年
5 黄毅诚;燃煤电厂可做到清洁燃烧[N];中国机电日报;2002年
6 记者 吴艳荣;省政府要求———10月底前燃煤电厂全部实现脱硫[N];河北日报;2009年
7 周雁凌 季英德;三百余燃煤机组定治理时限[N];中国环境报;2006年
8 刘西丹 陈艳军;山西省明确电厂脱硫目标[N];中国环境报;2006年
9 本期执笔 宋时飞;减排目标重在落实[N];中国经济导报;2006年
10 李秀中;上海燃煤电厂全面启动烟气脱硫[N];第一财经日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汤泉;淮南燃煤电厂微量元素的迁移及锇配合物的生物抗癌活性研究[D];中国科学技术大学;2013年
2 张彩庆;电厂湿法烟气脱硫系统对环境质量改善及经济性分析[D];华北电力大学;2012年
3 吴辉;燃煤汞释放及转化的实验与机理研究[D];华中科技大学;2011年
4 徐鸿;燃煤锅炉排放小颗粒污染及声波团聚排放控制研究[D];浙江大学;2006年
5 周建国;燃煤电厂烟气脱硝补偿电价研究[D];华北电力大学;2013年
6 王鹏;燃煤电厂可吸入颗粒物排放及控制研究[D];浙江大学;2008年
7 徐飞;脉冲放电电凝并结合碱液吸收烟气多种污染物协同脱除研究[D];浙江大学;2009年
8 李晶;新疆准噶尔含煤盆地煤及燃煤电厂燃煤副产物研究[D];中国地质大学;2012年
9 罗玉萍;煤电转化材料过程工程研究[D];大连理工大学;2008年
10 董建勋;燃煤电厂SCR烟气脱硝试验研究及数学模型建立[D];华北电力大学(河北);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴凤;燃煤电厂二氧化硫排污权交易制度的研究[D];华北电力大学(北京);2006年
2 杨少国;燃煤电厂燃煤全过程管理优化研究[D];华北电力大学;2013年
3 潘晓;燃煤电厂袋式除尘器的仿真设计研究[D];华北电力大学(河北);2009年
4 李素真;燃煤电厂生产过程综合评价指标分析与优化运行研究[D];长沙理工大学;2009年
5 林明;燃煤电厂环境影响评价研究[D];华北电力大学(河北);2008年
6 葛业君;燃煤电厂汞的析出与控制实验研究[D];安徽理工大学;2009年
7 何新龙;火电厂烟气处理及洁净燃烧诊断专家系统[D];华中科技大学;2004年
8 侯文佳;燃煤电厂环境污染物在线监测软件的开发研究[D];华北电力大学(河北);2007年
9 施建华;中国“十一五”燃煤电厂SO_2排放控制效果预测[D];西北农林科技大学;2007年
10 曹欣然;燃煤电厂脱碳技术模拟优化及CO_2捕获就绪电厂效能分析[D];北京交通大学;2014年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978