油頁巖半焦燃燒機理與循環流化床燃燒利用.pdf

1、隨著常規能源儲量的日益減少和能源多元化的發展,尋求儲量巨大的油頁巖資源有效開發與利用途徑越來越得到各國的重視.美國、以色列、約旦、澳大利亞、巴西等國出于政治上的原因與經濟上的需要,對油頁巖的特性和利用技術進行了深入的研究,并將它列為21世紀非常重要的補充能源.我國步入重化工業發展階段后,經濟的快速增長和人口的不斷增加使得能源供需矛盾R益尖銳,迫切需要風能、太陽能、生物質能、油頁巖等新能源和可再生能源的廣泛開發與利用來彌補常規能源的不足.

2、 為了實現我國油頁巖資源清潔、高效利用,本文第二章根據油頁巖特性和當前能源利用的發展趨勢提出了油頁巖綜合利用新方案:油頁巖首先經干餾處理產生頁巖油和燃氣:干餾生成的油頁巖半焦廢料與油頁巖細渣按一定比例混合后送入循環流化床內燃燒,產生的蒸汽引入傳統的蒸汽.發電系統發電、供熱；循環流化床排出的頁巖灰經處理后用作建筑、化工等行業的原材料.通過對該系統各環節的分析,認為"油頁巖半焦燃燒機理與循環流化床燃燒利用"是該系統的核心和首要研究工

3、作.本文對此技術關鍵展開了深入的研究工作。 本文第三章利用熱分析法對不同干餾溫度所制取的油頁巖半焦在不同升溫速率條件下的熱解過程進行了研究,結果表明:干餾溫度對半焦熱解失重起始溫度和低溫段熱解過程有影響,但對高溫段熱解過程影響不明顯；半焦熱解度隨升溫速率的提高而降低,但當升溫速率超過40℃/min后,升溫速率對半焦熱解度影響不大；綜合考慮半焦發熱量、頁巖油產率和油頁巖半焦循環流化床設計,認為半焦干餾溫度介于500～600℃為宜.

4、本章采用Coasts法計算了半焦熱解動力學參數. 本文第四章采用熱分析法研究了干餾溫度和升溫速率對半焦燃燒過程的影響.干餾溫度影響半焦著火方式和低溫段燃燒歷程,而對高溫段燃燒影響不大；不同升溫速率下的燃燒TG曲線表明,升溫速率低有利于顆粒的燃盡,而不同升溫速率下的燃燒DTG曲線表明,升溫速率高,顆粒失重速度快；半焦著火溫度隨著干餾溫度的升高而明顯升高,但受升溫速率的影響較??；為保證半焦通過循環床爐膛能一次燃盡,建議適當減小半焦顆

5、粒直徑和延長顆粒在爐內的停留時間.采用二元一次線性回歸法求解了半焦燃燒動力學參數,計算結果可供數值仿真和工程設計參考. 根據油頁巖半焦熱解和燃燒動力學特性,本文第三、四章還建立了半焦熱解模型和燃燒模型,并結合油頁巖熱解模型和燃燒模型,預測了油頁巖與其半焦以不同質量比例混合而成的混合燃料的熱解和燃燒過程。 本文第五章采用氮氣等溫吸附/脫附法對油頁巖及其在850℃條件下燃燒所得到的焦樣的孔隙結構進行了測量,并結合油頁巖燃燒特

6、性對孔隙結構變化機理進行了分析.油頁巖內油母的熱解和頁巖灰在燃盡階段熔融變形使得顆粒內部孔容積和比表面積在燃燒過程中經歷了減小、增大、再減小的一個復雜變化過程.此外,頁巖灰的熔融變形還會使得油頁巖顆粒內部的孔由均一的具有平行壁的狹縫狀孔逐漸變成多形態的孔,使得孔隙分布由主要集中在中孔變成不同尺寸的孔擁有的孔容積相差不大.為提高油頁巖燃燒裝置的燃燒效率,適當延長油頁巖顆粒在燃燒裝置內停留時間的同時,更應當減小樣品的顆粒尺寸,以增大顆粒的比

7、表面積和孔容積.在此基礎上,進一步對不同燃燒方式所得到的頁巖灰的孔隙結構進行了測量和分析,推薦了獲得高孔隙頁巖灰的燃燒方式:如果油頁巖在快速升溫條件下燃燒所放出的熱量能夠被周圍環境吸收而使得油頁巖顆粒溫度始終低于其灰熔點溫度,所得到的頁巖灰的孔容積和比表面積較大,適宜工業應用。 基于上述研究成果以及我國樺甸65t/h油頁巖循環流化床鍋爐設計經驗和技術特點,本文第六章對設計油頁巖半焦循環流化床鍋爐的技術關鍵進行了分析,并根據樺甸油