低階煤水熱改性制漿的微觀機理及燃燒特性研究.pdf

1、我國褐煤等低階煤資源儲量豐富，但由于含水量大、熱值低等特點，應用范圍受到限制。常規(guī)方式干燥后的褐煤具有重復吸水能力和易自燃的特點，不適于長途外運，多用于坑口電廠直接燃燒應用。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吸水，同時熱值升高，應用領域得到拓寬。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，進行了以下工

2、作。
　　 ⑴采用熱重等溫干燥的方法，對褐煤的脫水過程進行了機理分析，得出褐煤等溫干燥過程可以分成兩個階段，分別受毛細管束縛力和吸附/脫附機理控制。
　　 ⑵構建試驗臺并采用“非蒸發(fā)”的水熱方法對低階煤進行脫水改性，得出改性終溫、反應釜初始壓力對改性過程影響顯著。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；提高反應終溫或反應釜初始壓力可以明顯提高低階煤的成漿濃度，并有利于改善漿體的流動性和穩(wěn)定性；停留時間延長對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對改

4、性前后低階煤的理化特征進行分析，總結出水熱處理對成漿性能改善的機理主要包括以下幾個方面：改性后低階煤孔隙結構發(fā)生了變化，孔比表面積降低與成漿濃度提高存在對應關系，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構，在減少親水性含氧基團的同時

5、，提高了煤的芳香度和碳化程度，這對成漿性能改善有利。
　　 ⑸對改性前后低階煤的燃燒特性進行了熱重分析，結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。動力學分析表明，低階煤經(jīng)過水熱改性后，前期燃燒反應活性較原煤降低，而后期反應活性則有所升高。
　　 ⑹利用臥式爐中試系統(tǒng)對改性低階煤水煤漿進行了熱態(tài)試驗，并與大同煙煤水煤漿進行了對比。結果表明，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；沿爐膛軸向，溫度場呈現(xiàn)“雙峰”特征，分別對應揮發(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”和大孔結構。由沿程顆粒燃燒動力學分析可知，隨爐內(nèi)燃燒過程的進行，顆粒燃盡的活化能增加，表明燃盡過程的反應活性下降，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采用計算流體力學軟件(Fluent)對低階煤水煤漿的旋流燃燒進行了數(shù)值模擬，結果表明，爐內(nèi)溫度場、氣氛場與實際試驗工況較接近。變風溫工況預測結果顯示，冷風(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；冷風工況雖然可以實現(xiàn)著火，但燃燒效率降低。降負荷工況預測結果顯示，70％負荷條件下，爐內(nèi)燃燒情況良好，但爐內(nèi)溫度水平有所下降，火焰