1、锅炉常用煤种热解过程试验研究文献综述1 我国目前能源利用现状及锅炉常用煤种我国能源利用以煤为主，形成这一现状取决于我国“富煤、缺油、少气”的能源结构，并且这将是未来几十年内不变的格局。建国初期，中国一次能源消费量中，煤的消费量占了很大的比重，随着中国石油天然气工业和水电事业的发展，煤炭消费比例有所下降。从整体上看，中国的能源消费基本形成以煤为基础、多元发展的能源消费结构。由于资源禀赋条件，煤炭依然在中国能源消费量中占据绝对主导地位。在各种能源消费量的相对变化上，煤炭资源消费的绝对消费量不断上升，但其所占总能源消费量的比重呈现出缓慢下降趋势。从世界能源结构来看，经历了三次石油危机后，各国的能源消
2、费结构有了明显的变化。石油消费比重有所减少后保持相对稳定。天然气消费比重呈稳步上升势头。煤炭消费比重先升后降。水电核电的消费比重都有所增加，地热、太阳能、风能等其他能源的开发利用在总能源消费中所占比重较少。中国的能源消费状况和能源消费结构特征将使能源发展战略面临两难选择，如果中国继续以煤炭为主要能源资源，将会带来能源利用效率低下和严重的环境污染等问题。如果转而更多地消费石油、天然气，国内供给严重不足，若单纯依赖进口石油、天然气以弥补国内消费缺口，将会使中国能源进口的依存度不断提高，石油安全问题会日益严重。因此，根据我国的基本国情和经济发展的目标，煤炭的高效清洁利用将会使我国经济和社会可持续发展
3、的战略选择。目前我国电力用煤的主体是烟煤（占全国范围90%） ， 1烟煤煤化程度高于褐煤而低于无烟煤，挥发分含量范围较宽，有利于燃烧。而占我国煤炭总储量、探明保有储量以及目前煤炭产量均在55%以上的煤炭资源为低变质煤炭资源，包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等。 2而当前大多数工业锅炉所用的煤种多为烟煤、无烟煤以及低变质煤炭资源的褐煤。2 煤热解特性研究的意义目前我国一次能源利用以煤为主，但是在煤的清洁利用方面我国所作的研究还欠缺的很多。由于煤炭中含有部分可燃硫，燃烧后产生的二氧化硫气体混合在烟气中，排入大气对环境造成了巨大的破坏。为燃烧而提供的所必需的空气中的氮气也会在锅炉的高温环境下发生反应
4、，生成氮氧化合物，在随烟气排入大气的同时也破坏了大气的环境。燃煤所排出的烟尘也会混合在空气中，使空气中的可吸入颗粒物含量增加，对人体的健康造成影响，使城市生活环境变得恶劣。在寻求清洁利用煤炭资源的同时，提高煤炭利用的效率也是不可或缺的。以我国目前的技术条件，燃煤发电的热能转化率在 45%以下，因此高效地利用有限的煤炭资源势在必行。由于石油消费量的增长，预测 2020 年我国石油需求约 6.5 亿吨，煤的利用就必须实现以物质和能量消耗最少的方式，实现气、液、固态清洁能源和有机化工原料的同步获取。煤热解是当前煤炭热加工的最主要的工艺之一，煤热解化学的研究与煤的热加工技术关系极为密切，对煤进行热解研
5、究取得的研究成果，是煤炭气化、焦化及燃烧应用的基础。对煤热解特性的研究有助于加深对气化反应原理的了解，可以帮助分析了解煤在地下气化过程中，热解行为对整个气化过程的影响，尤其是热解煤气对煤气总量、煤气组成以及煤气热值的影响。 3煤的热解是煤燃烧过程中的一个非常重要的初始过程，对煤粉着火有极大的影响，也影响到燃烧的稳定和后期的燃尽。由于煤本身具有复杂性、多样性和不均一性，因此研究超细化煤粉的热解特性可以有效的控制氮氧化物的排放。 43 国内外对煤热解的研究现状德国的煤炭生产与利用对其早期的科技进步和社会发展有过举足轻重的作用，其技术水平在世界上也是长期居于领先地位的。因此，德国对于煤的高效利用也展
6、开了大量的研究和实验，以实现炼焦和燃烧技术的改进以及煤化学的高效转化。由德国 DTM 承担的国际能源组织的煤热解项目，完成了不同煤种在各种条件下热解的基础研究和加氢热解的技术经济评价等的研究。地下煤转化项目，为煤原地转化的化学、物理和生化方法奠定了基础。煤炭气化和液化实现了煤炭资源的高效清洁利用。 5尽管煤炭工业的不景气已有多年，但是在政府和几家煤矿公司的大力支持下，德国的煤化工方面的研究一直维持较大的规模，致力于进一步的发展。同时为了维持社会的稳定和保障就业的人数，德国煤炭资源本身的制约，开发、研究和完善新的煤化工技术是十分必要的。我国将面临以煤炭为主要能源来实现经济的发展，煤炭能源化工的发
7、展将直接影响国计民生。因此，我国在针对低阶煤的热解加工也做了许多的研究，并取得了一些成果。掌握了一些煤热解的工艺。比如：L-R 新法干馏工艺（是由大连理工大学在改进了德国L-R 工艺后研究开发的） ，由煤炭科学研究总院北京煤化学所研究开发的MRF（multistage rotary furnace）煤热解工艺等。 6褐煤的热解过程中的变形特性的研究，对今后研究煤的地下原位热解开采具有重要意义和指导作用。 7不同煤种在快速热解时的固相产物及气相产物的分配规律的研究，可以为煤的气流床气化反应模型和燃烧反应模型的建立提供一定的参考价值。 84 本课题研究的内容和意义以 锅 炉 常 用 煤 种 （ 无
8、 烟 煤 、 烟 煤 ） 为 原 料 ， 以 煤 的 热 解 特 性 为 基 础 ， 对 其 进 行 工 业 分析 （测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量分数） 、 元 素 分 析 （碳、氢、氧、氮、硫） 、发热量（发热量是组织锅炉热平衡、计算燃烧物料平衡等各种参数和设备选择的重要依据） 、灰熔点（灰熔点是用四个特征温度表示的，他们分别是变形温度、软化温度、半球温度和流动温度，其值通常用试验方法角锥法测得）的基本特性试验 ， 利 用 热 重 -差 示 （ TG-DSC） 同 步 热 分 析 仪 对 常 用 煤 种 进 行 热 解 实验， 通 过 对 热 重 曲 线 的 分 析 ， 研 究
9、不同 因 素 （ 煤 种 和 升 温 速 率 ） 对 煤 热 解 的 影 响 ， 探 究 热 解 机 理 ， 并 且 利用数学推导，计算热解反应的动力学参数。探 索 研 究 常 用 煤 种 热 解 的 最 佳 工 艺 参 数 ， 掌 握 不 同 煤 种 的 快 速 热 解 固 相 和 气 相 产 物 的生 成 规 律 ， 通 过 对常用煤种热解特性的研究判断热解反应机理及影响因素，为优化反应条件及反应器设计提供理论依据。煤热解是煤焦化、气化、液化和燃烧的必经阶段，同时是硫、氮污染物形成的重要阶段，所以研究煤热解对煤的清洁燃烧和脱硫脱氮技术有着重要意义。5 本课题的技术路线通过对两种煤的工业分析
10、、元素分析、发热量、灰熔点的基本特性试验，了解各种煤的基本特性。再按照煤的工业分析、元素分析和发热量测定标准进行对比分析。用热重-差示（TG-DSC）同步热分析仪对常用煤种进行热重实验。热重分析法(TGA)是在程序温度控制下测量物质质量和温度关系的一种技术，得到各种煤的重量变化曲线和重量变化率曲线。通过对热重曲线的分析，研究不同因素（煤种和升温速率）对煤热解特性的影响，对热解曲线进行分析，计算热解动力学参数。6 本科课题的创新点德国及我国目前的研究现状表明，煤热解气化和液化的工艺都是可行的，并且通过这样的工艺可使煤炭资源得到高效清洁的利用。为煤炭资源的地下原位热解开采技术奠定了基础。但是以上的
11、研究还未涉及到超细煤粉热解燃烧时是否能减少氮氧化物及硫氧化物的生成以及根据热解反应的机理和影响因素为优化反应条件和改进燃烧器的设计提供理论依据。通过共同研究两种常用煤种的基本参数与热解特性，了解不同煤种的热解反应机理。通过研究对比得知各种煤的热解条件和热解特性，为改进燃烧器的设计使煤粉高效燃烧提供理论基础。通过实验分析得出煤在热解过程中的热解曲线，为锅炉炉内脱硝、脱硫的研究奠定理论基础，实现煤的清洁燃烧。参考文献1张军电力用煤煤质特性指标前浅析J煤质技术3-4 20072 张振煤炭热解产业的成功探索J能源与交通中国经贸导刊2010183王鹏，文芳，步学朋，刘玉华，边文，邓一英煤热解特性研究J
12、煤炭转化200528（1） 4魏砾宏，李润东，李爱民，李延吉，姜秀民煤粉热解特性实验研究中国电机工程学报2008 28（26） 5高晋生，K.H.van heek，陈芜德国煤炭能源化工研究与开发的现状和前景J煤炭转化1995 18（1） 6曲思建，关北锋，王燕芳，陈贵烽我国煤温和气化（热解）焦油性质及其加工利用现状与进展J煤炭转化1998 21 （1 ） 7韩德虎褐煤热解变形特性试验研究D太原理工大学硕士学位论文20118袁帅，陈雪莉，李军，代正华，周志杰，王辅臣煤快速热解固相和气相产物生成规律化工学报2011 62（5） 9 P.A.lvarez，R. antamara， C.Blanco，
13、M. GrandaThermal degradation of lignocellulosic materials treated with several acids20057433733410 Phillip F.Britt，A.C.Buchanan,III,Kimberly B.Thomas,Suk-Kyu LeePyrolysis mechanisms of lignin-surface-immobilized model compound investigation of acid-catalyzed and free-radical reaction pathways19953311911徐朝芬，向军，胡松，孙学信热解条件对煤的热解行为的影响J实验室研究与探索2005 24（6） 12辛宏煤热解研究的分析方法 J应用能源技术2011 160（4） 13赵丽红，楚希杰，辛桂艳煤热解特性及热解动力学的研究J煤质技术2010 1
