不同細(xì)度煤粉燃燒特性及粉煤灰酸浸處理中硫酸鋁銨循環(huán)利用試驗(yàn)研究.pdf

1、火力發(fā)電在我國(guó)的發(fā)電結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位，而燃煤火力發(fā)電在火力發(fā)電中占有絕對(duì)的比例，特別是煤粉燃燒火力發(fā)電。在能源日益緊張的今天，節(jié)能降耗要求越來越迫切。了解煤粉顆粒的燃燒特性特別是煤粉細(xì)度對(duì)燃燒特性的影響，不管是對(duì)于常規(guī)煤粉燃燒，還是對(duì)于開發(fā)新的燃燒技術(shù)和降低污染物NOx排放的爐內(nèi)燃燒技術(shù)來說，具有重要的研究和現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)煤粉細(xì)度對(duì)煤粉燃燒特性的影響機(jī)理，進(jìn)行了一系列探索性的研究。 本文首先從煤粉燃燒效果的角度出發(fā)，通過研

2、究不同粒徑尺寸飛灰的可燃物特征，討論了粒徑尺寸對(duì)煤粉燃燒的作用規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)煤粉爐飛灰可燃物與粒徑之間并不完全符合以前所獲取的飛灰可燃物隨飛灰細(xì)度減小單純下降的線性關(guān)系認(rèn)識(shí)，在一定條件下，存在拐點(diǎn)，典型的變化趨勢(shì)為：隨著粒徑尺寸的減小，飛灰可燃物先減小后增加。特別是對(duì)于20μm以下的飛灰，其可燃物有升高趨勢(shì)。 應(yīng)用熱重分析法對(duì)不同顆粒直徑煤粉樣品的燃燒特性進(jìn)行了研究，在分析煤粉主要著火與燃盡特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了煤粉熱解和焦

3、炭燃燒受顆粒直徑影響的熱重實(shí)驗(yàn)。根據(jù)煤粉熱重試驗(yàn)結(jié)果，利用著火溫度、燃盡溫度、著火穩(wěn)定性指標(biāo)、可燃性指標(biāo)和穩(wěn)燃判別指數(shù)、平均燃燒速度和綜合燃燒特性指數(shù)等煤粉燃燒特性參量對(duì)煤粉燃燒特性進(jìn)行進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明，對(duì)于煙煤、貧煤和無煙煤，隨著顆粒直徑的減小，各項(xiàng)燃燒性能基本呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì)。對(duì)于超細(xì)煤粉，特別是直徑小于20μm的煤粉來說，顆粒直徑的變化對(duì)煤粉燃燒特性的影響不大。無煙煤的著火和燃盡特性特別是燃盡特性受煤粉顆粒直徑的影響較煙煤和貧

4、煤更為明顯。隨著煤粉顆粒直徑的減小，揮發(fā)份析出的速度加快，煙煤揮發(fā)份大量析出的時(shí)間更為集中。焦炭燃燒熱重試驗(yàn)結(jié)果表明，焦炭燃燒受煤粉尺寸的影響更為顯著。 利用圖像處理和分形理論，對(duì)顆粒直徑對(duì)煤粉的形狀特征和分形特征的影響展開了研究。研究的結(jié)果初步表明，顆粒尺度對(duì)煤粉的形狀特征和分形特征的影響不明顯。工業(yè)分析和元素分析的結(jié)果表明，不同細(xì)度煤粉的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果差別不大，變化幅度一般不超過10％。表觀活化能的測(cè)試結(jié)果表明，在低

5、溫段，隨著顆粒直徑的增加，煤粉的表觀活化能逐漸增加，亦即細(xì)煤粉的燃燒性能優(yōu)于粗煤粉。在高溫段，貧煤和無煙煤隨煤粉粒徑增加，表觀活化能升高；煙煤隨煤粉粒徑增大，表觀活化能反而降低。煤種對(duì)表觀活化能的影響更明顯。 本文借助大型CFD軟件Fluent對(duì)不同細(xì)度煤粉在爐內(nèi)燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。計(jì)算結(jié)果顯示，隨著煤粉顆粒直徑的的增加，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)。停留時(shí)間變化的幅度可達(dá)30％以上。不同高度噴入的不同細(xì)度煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間變

6、化趨勢(shì)并不完全一致。較細(xì)的煤粉在爐內(nèi)在爐內(nèi)較短的時(shí)間即達(dá)到比較高的燃盡度，而后焦炭燃盡率變化緩慢，而粗煤粉的燃盡率變化相對(duì)緩和。采用CBK模型模擬焦炭燃燒，煤粉隨粒徑增大，焦炭燃盡率升高。但超細(xì)煤粉特別是粒徑10μm以下煤粉隨粒徑減小，焦炭燃盡率反而有升高的趨勢(shì)。 本文對(duì)酸浸處理粉煤灰工藝副產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)研究。提出了分步處理逐級(jí)利用的技術(shù)方案，即利用流化干燥技術(shù)脫除結(jié)晶水，然后對(duì)剩余物質(zhì)氨解、硫解，回收硫酸氨和硫酸，返回酸浸工藝

7、循環(huán)，最終剩余物氧化鋁作為冶金原料。分步處理逐級(jí)利用大大降低了系統(tǒng)的能耗，提高了硫酸氨和硫酸的回收利用率。并對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果硫酸回收率達(dá)到90％以上，硫酸銨回收率達(dá)到70％以上。每噸硫酸鋁氨熱解后可回收得到0.2156噸硫酸、0.093噸硫酸銨和0.097噸的三氧化二鋁。 本文對(duì)寬粒徑范圍的煤粉燃燒特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為新燃燒技術(shù)和爐內(nèi)污染物控制技術(shù)的開發(fā)提供了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以為技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用提供參考和