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神华煤液化残渣及水煤浆的燃烧特性研究与数值模拟

方磊  
【摘要】:在石油消费量和进口量不断增加的形势下,大力开展以煤代油和以煤造油技术,保证能源安全,是我国一项重要而紧迫的任务。在这一精神的指导下,1997年神华集团提出建设煤炭液化项目的设想。2001年3月,国家批准神华煤直接液化项目建议书。2002年9月,国家批准项目可行报告。该项目首条生产线将于2007年7月建成,2010年左右建成第二条生产线。 与此同时,煤液化工艺产生的液化残渣是一种高炭、高灰和高硫的物质,在某些工艺中占到液化原煤总量的30%左右,如此多的煤液化残渣对液化过程的热效率和经济性所产生的影响是不可低估的。因此,处于经济和环保两方面的考虑,本文对煤液化残渣的清洁利用进行了充分的研究。本文以神华煤液化残渣为研究依据,详细进行了煤液化残渣燃料特性、制浆特性的研究,同时还进行了神华煤液化残渣和液化残渣水煤浆的热解特性、燃烧特性以及燃烧过程中硫化物和氮氧化物的排放特性研究,最后对液化残渣水煤浆锅炉的动力和燃烧特性进行了数值模拟,研究结果为煤液化残渣的清洁利用提供了丰富的理论依据。 首先,在对三种煤样的岩相对比研究的基础上,详细分析了神华煤液化残渣的微观组分,并利用沉降法和旋转式粘度计研究了神华煤液化残渣水煤浆的浓度和粘度特性。 燃烧系统的设计和运行都必须以燃料的自身特性为基础,用热重差热同步分析仪研究了神华煤液化残渣和液化残渣水煤浆的热解以及燃烧特性。神华煤液化残渣的燃烧在低温段非常强烈,在150℃区间内迅速挥发完毕,试验样品的质量迅速下降,燃烧产物的50%以上是在这个阶段进行,说明神华煤液化残渣前期燃烧反应能力很强。在高温段,由于神华煤液化残渣含碳量较高,神华煤液化残渣的工业分析固定碳的含量为37.69%,其在高温段的分解量较高,占总重量的70%左右,但是相对于低温段的燃烧速率相对较低,半峰宽较大,燃烧不够集中。 其次,在失重分析的基础上,本文研究了神华煤液化残渣和水煤浆燃烧过程中硫化物的排放特性,着重从分析化学的角度对煤液化残渣及固硫添加剂的煅烧和烧结进行了XRD晶相组成分析及SEM表面形态分析,深入探讨了温度、时间及气氛变化对其燃烧及烧结特性的影响规律。神华煤液化残渣水煤浆燃烧时的硫析出量及析出速率均低于液化残渣燃烧时的析出量,添加6%电石馇配制而成的脱硫型水煤浆在1100℃和1200℃时的燃烧固硫效果分别可达65%和35%。当炉温由1100℃升高到1300℃时,神华煤液化残渣与液化残渣水煤浆及脱硫型水煤浆的硫析出量以及析出速率都相应的提高,但三者之间的差别很小。 对神华煤液化残渣水煤浆的燃料氮析出规律进行了试验研究,主要研究了温


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