高热强度型煤制备机理与热转化行为研究

为了高效利用新疆地区日益增长的粉煤资源,最简单有效的解决手段是将粉煤制备成型煤,型煤的优劣可以通过冷态抗压强度和热强度进行判断。本文选取沥青渣作为黏结剂,提出了热预处理提升型煤热强度的方法,研究了工艺关键参数对热强度提升的效果和机理,并计算了型煤产品的燃烧动力学参数。研究结果表明,以沥青渣为黏结剂的冷压型煤冷态抗压强度为10.9 MPa、热强度为0 MPa;250℃热预处理后型煤的冷态抗压强度为9.8 MPa,热强度为21.5 MPa;450℃热预处理后型煤的冷态抗压强度为8.5 MPa,热强度为35.3 MPa。热预处理过程中提升了型煤内颗粒之间的固体桥联联结力,在250℃时,随着沥青渣的软化,熔融分散,再冷却形成固桥提升热强度,只发生了物理变化;在450℃时,由于热预处理导致型煤内部发生化学反应,在接触面反应完成后形成稳定的大分子结构,导致热强度提升。采用不同的机理函数对型煤的活化能、指前因子和相关系数进行计算,对比相关系数的结果显示,型煤产品的燃烧遵循二阶反应动力学。研究内容为制备高热强度型煤和完善型煤热强度提升机理提供了支撑。

粘结剂组分对云南褐煤成型性能影响研究

以淀粉、氧化钙(Ca O)、聚乙烯醇(PVA)为粘结剂原料,采用冷压成型制备出型煤。主要研究了粘结剂各组分含量对型煤跌落强度和冷压强度的单因素影响,并通过响应曲面法对粘结剂组分进行优化,研究表明当淀粉的含量为15%,Ca O/淀粉为0.1,PVA/(Ca O+淀粉)为0.1时,型煤的跌落强度为99.544%,冷压强度为2.332k N·个-1,经实验检测在优化条件下,型煤的跌落强度为99.495%,冷压强度为2.477k N·个-1,接近检测值,表明所得模型可以反映参数之间的真实关系,可以用此模型对型煤的跌落强度和冷压强度进行分析和预测。再通过接触角、FTIR、BET等进行分析,确定最佳粘结剂的类型和配比方案,为工业型煤的生产提供依据。

云南褐煤成型工艺条件的研究与优化

运用有粘结剂冷压成型技术对云南褐煤压制成型,主要考察煤粒的粒级大小,粘结剂含量和成型温度对型煤的抗压强度和跌落强度的影响,并通过响应曲面法对褐煤成型的工艺条件进行了研究。研究结果表明,实验值和检测值相近,可以用拟合模型对型煤的跌落强度和抗压强度进行分析和预测,以确定最佳的成型工艺条件,为工业型煤的生产提供依据。

一种复合型粘结剂对褐煤成型性能的研究

以淀粉、膨润土、聚乙烯醇(PVA)为原料制备成复合粘结剂,采用冷压型煤制备技术制成标准型煤。以其冷压强度和跌落强度为技术指标,通过单因素实验得到粘结剂各组分的最佳添加量。结果表明当淀粉添加量为11.50%,膨润土/淀粉为0.25,PVA/(膨润土+淀粉)为0.09时,型煤的跌落强度为95.212%,冷压强度为3.760 k N·个^(-1),用响应曲面设计安排实验并对粘结剂组分进行优化,在优化条件下试验检测型煤的跌落强度为95.268%,冷压强度为3.727 k N·个^(-1),与理论值无显著差异,表明模拟值可以反映参数间的真实关系。再通过检测型煤的表面官能团、表面形貌进行分析得出粘结剂对褐煤成型的影响。

高碱煤的烟气强化水洗脱碱研究

本工作基于燃煤电厂烟气(CO_(2))溶于水形成的碳酸可促进高碱煤中碱金属碱土金属(AAEM)水洗脱除的理论基础,研究了关键工艺参数对脱碱效果的影响规律,考察了洗液循环利用的可行性和烟气强化水洗对重金属的脱除作用。结果表明,烟气强化水洗对红沙泉煤中Na、K最高脱除率分别可达86.8%和62.7%;宜化煤脱Ca率达到44.7%;准东煤脱Mg率达35.4%;脱碱率随水洗时间的增加和原料粒径的减小而增大;洗液盐浓度与循环次数呈正相关,Ca和Mg的脱除率受循环液浓度影响强于Na和K;煤中As、Ni等重金属脱除率甚至超过90%。

煤炭燃烧过程中重金属迁移及控制规律的热力学模拟

选择对人体和环境危害程度较大的有害元素汞(Hg)、铅(Pb)和铬(Cr)作为研究对象,利用FactSage软件模拟煤炭燃烧过程中温度、压力对3种重金属的迁移情况并探究若干种元素及化合物对其控制作用影响。结果表明,温度较压力对重金属迁移影响更为显著。Hg在燃烧全程以不同形态接近100%的迁移量进入气相;Pb在850℃开始大量迁移;Cr在1150℃产生迁移趋势。从热力学角度Hg无法被固定;Pb会与Al_2O_3形成高熔点的化合物得到有效抑制;Cr与碱金属、碱土金属形成高熔点的化合物被赋存在固相或液相中,MnO对Cr也存在间接抑制作用。3种重金属对Cl元素尤为敏感,高氯煤的燃烧除了其本身存在污染外势必会与重金属形成低沸点化合物产生强烈气相迁移并造成进一步的生态破坏。

煤的热溶萃取残渣制备高比表活性炭研究

热溶萃取是一种可行的低阶煤的脱氧脱水脱灰提质手段。但是,其副产物(萃取残渣)转化利用方面的研究相对较少。本工作基于萃取残渣的理化特性,验证其作为原料制备高比表面积活性炭的可行性及优势。研究结果表明,热溶萃取由于脱除了煤中部分小分子组分,使萃取残渣具有了一定的孔道结构,且其CO_(2)气化活性明显高于原煤。经物理活化后,萃取残渣活性炭的比表面积达到1837 m^(2)/g,和原煤活性炭相比增加了50%,而且孔容和介孔比例也有所增加。经化学活化后,萃取残渣活性炭比表面积高达2216 m^(2)/g,和原煤活性炭相比提高了40%,且介孔比例也有所提高。可见,低阶煤热溶萃取残渣可以作为一种优质的高比表活性炭原料使用,和原煤比较,在活性炭品质、原料成本等方面具有较明显优势。

烟气强化水洗对高碱煤脱碱及热转化行为研究

为减轻新疆准东煤因高碱金属和碱土金属含量导致其燃烧过程锅炉的结渣沾污和高PM释放等问题,作者前期工作中提出采用燃煤电厂烟气(CO)强化水洗脱碱的方法,显著增强了高碱煤中碱金属和碱土金属的水洗脱除率。然而前期研究均是基于间歇式反应器开展,实际应用性不强,脱除率有待进一步提高。本文自行设计了一种半连续式高碱煤烟气强化水洗脱碱装置,较详细研究了其脱碱效果、洗煤的物理化学特性及其热转化行为。结果显示,此方法的脱灰率达46.4%,Na和Ca脱除率分别高达89.2%和36.2%。洗煤灰的变形温度从782℃提升至1240℃,煤的燃烧结渣沾污倾向得到明显抑制。烟气强化水洗使煤的着火点和最大燃烧速率略有下降,但整体燃烧行为和温度范围变化不大,而煤样的气化活性有所降低。

高碱煤热烟气强化水洗脱碱及其燃烧结渣沾污研究

新疆高碱煤强结渣沾污特性是影响其大规模燃烧发电的瓶颈问题。本研究基于CO_(2)溶于水形成的碳酸可有效脱除煤中水不溶碱金属碱土金属的原理,提出以热烟气为CO_(2)来源的高碱煤热烟气强化水洗脱碱方法。通过对多种典型新疆高碱煤的实验研究发现,Na的脱除率达到90%以上,Ca的脱除率达到45%,显著优于普通水洗对Na和Ca的脱除效果。洗后煤灰的碱酸比显著降低,灰熔点提高了150℃左右,大部分煤的结渣沾污倾向从严重结渣变为了中等结渣,或从中等结渣变为了不结渣。所以,热烟气强化水洗对高碱煤脱碱及抑制其燃烧过程的结渣沾污具有明显效果。另外,本方法简单可行,而且为电厂烟气(CO_(2))提供了一条新的资源化利用途径,具有明显的经济价值和社会意义。