蒙東褐煤熱解過程中的粉化機(jī)理研究.pdf

1、我國褐煤資源豐富，可以通過熱解技術(shù)首先提取煤中賦存的油氣和化學(xué)品，再將固體半焦用于清潔燃料或化工原料，從而實(shí)現(xiàn)褐煤的梯級加工利用。但由于褐煤熱穩(wěn)定性較差，熱解過程容易產(chǎn)生粉化，造成荒煤氣夾帶粉塵、管路堵塞以及油塵難分離等問題，從而增加了褐煤清潔利用的難度。
　　本文以兩種蒙東褐煤（XM和BM）作為研究對象，利用微型固定床與流化床熱解反應(yīng)裝置對兩種褐煤進(jìn)行熱解粉化試驗研究，考察了粒徑、加熱終溫、升溫速率及固體停留時間對褐煤熱解粉化程

2、度的影響。由試驗和理論兩個方面較為系統(tǒng)地研究兩種褐煤的熱解粉化特性，全文的主要研究包括以下四部分內(nèi)容:(1)兩種蒙東褐煤在熱力與機(jī)械力不同加載下的熱解粉化試驗研究;(2)顆粒粉化與微觀結(jié)構(gòu)變化的聯(lián)系;(3)影響粉化的主要因素分析及粒徑關(guān)聯(lián)模型建立;(4)熱解粉化過程分析及機(jī)理研究。
　　由單獨(dú)熱力作用下的固定床熱解粉化實(shí)驗可知，兩種褐煤的粉化程度均隨著粒徑的增大、加熱終溫的升高、升溫速率的增大、停留時間的延長而增大;由熱力與機(jī)械力

3、不同加載試驗可知熱力作用下?lián)]發(fā)分的析出是引起粒度變化的主要原因，而機(jī)械力作用主要引起顆粒外圍細(xì)顆粒的剝落。
　　通過原煤及半焦的熱重分析及工業(yè)分析可知，揮發(fā)分的析出是影響煤粒粉化的主要因素;利用壓汞法和BET分析研究顆?？紫督Y(jié)構(gòu)變化與粉化的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)隨著揮發(fā)分的不斷析出，促使煤粒中的孔隙逐漸發(fā)育為大孔與裂紋，同時生成新的微孔、中孔，而大孔與裂紋中的熱應(yīng)力集中是導(dǎo)致粉化的直接原因。
　　利用灰色關(guān)聯(lián)理論對固定床與流化床熱解粉化

4、實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理發(fā)現(xiàn):升溫速率是影響粒度變化率的最主要的因素，而影響粉化率的主要因素是升溫速率、粒徑以及加熱終溫，流化床熱解時流化數(shù)對粉化率的影響也較大，延長熱解的停留時間不會大幅度增加顆粒的粉化程度。根據(jù)因素的主次順序，建立粉化前后平均粒徑與主要因素的關(guān)聯(lián)函數(shù)模型，經(jīng)驗證適用性較好，可作為預(yù)測粒度變化情況的模型。
　　本文分析了褐煤熱解的粉化過程，認(rèn)為褐煤熱解過程中揮發(fā)分大量析出，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生集聚脹力孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育為大孔與裂紋

5、，形成很多破碎核，熱應(yīng)力在破碎核集中作用，引起顆粒粒度變化，加劇顆粒的粉化程度。通過對球形模型的模擬計算，研究較高升溫速率下的褐煤熱解粉化機(jī)理得出:煤粒最大應(yīng)力值與材料的彈性系數(shù)E、泊松比μ、膨脹系數(shù)a(l)以及溫度差ΔT有關(guān)，而與煤粒的半徑r0和熱擴(kuò)散系數(shù)α無關(guān);球體煤粒的中心位置拉應(yīng)力最大，最外層產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，計算BM熱解過程中的最大拉應(yīng)力為8.96MPa，最大壓應(yīng)力為23.22MPa，均大于煤粒材料強(qiáng)度，由此可知煤粒受熱粒度變化