油頁巖半焦燃燒機理與循環(huán)流化床燃燒利用.pdf

1、隨著常規(guī)能源儲量的日益減少和能源多元化的發(fā)展,尋求儲量巨大的油頁巖資源有效開發(fā)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(jīng)濟上的需要,對油頁巖的特性和利用技術(shù)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(yè)發(fā)展階段后,經(jīng)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(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、油頁巖等新能源和可再生能源的廣泛開發(fā)與利用來彌補常規(guī)能源的不足.

2、 為了實現(xiàn)我國油頁巖資源清潔、高效利用,本文第二章根據(jù)油頁巖特性和當(dāng)前能源利用的發(fā)展趨勢提出了油頁巖綜合利用新方案:油頁巖首先經(jīng)干餾處理產(chǎn)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(huán)流化床內(nèi)燃燒,產(chǎn)生的蒸汽引入傳統(tǒng)的蒸汽.發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電、供熱；循環(huán)流化床排出的頁巖灰經(jīng)處理后用作建筑、化工等行業(yè)的原材料.通過對該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的分析,認為"油頁巖半焦燃燒機理與循環(huán)流化床燃燒利用"是該系統(tǒng)的核心和首要研究工

3、作.本文對此技術(shù)關(guān)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(jié)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(dāng)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(fā)熱量、頁巖油產(chǎn)率和油頁巖半焦循環(huán)流化床設(shè)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(xué)參數(shù). 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(huán)床爐膛能一次燃盡,建議適當(dāng)減小半焦顆

5、粒直徑和延長顆粒在爐內(nèi)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(xué)參數(shù),計算結(jié)果可供數(shù)值仿真和工程設(shè)計參考. 根據(jù)油頁巖半焦熱解和燃燒動力學(xué)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(jié)合油頁巖熱解模型和燃燒模型,預(yù)測了油頁巖與其半焦以不同質(zhì)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(jié)構(gòu)進行了測量,并結(jié)合油頁巖燃燒特

6、性對孔隙結(jié)構(gòu)變化機理進行了分析.油頁巖內(nèi)油母的熱解和頁巖灰在燃盡階段熔融變形使得顆粒內(nèi)部孔容積和比表面積在燃燒過程中經(jīng)歷了減小、增大、再減小的一個復(fù)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(nèi)部的孔由均一的具有平行壁的狹縫狀孔逐漸變成多形態(tài)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(dāng)延長油頁巖顆粒在燃燒裝置內(nèi)停留時間的同時,更應(yīng)當(dāng)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(chǔ)上,進一步對不同燃燒方式所得到的頁巖灰的孔隙結(jié)構(gòu)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(huán)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(yè)應(yīng)用。 基于上述研究成果以及我國樺甸65t/h油頁巖循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)特點,本文第六章對設(shè)計油頁巖半焦循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)關(guān)鍵進行了分析,并根據(jù)樺甸油