煤系固废制备型煤及型煤固硫机理研究

摘要

型煤技术是洁净煤技术之一，是改变煤炭燃烧方式的一项重要措施。在煤炭洗选过程中产生的煤泥虽然具有一定热值，但因颗粒细、含有大量的有害物质而被废弃堆存;煤矸石不仅热值含量低，而且含有大量有害物质，也难以被利用。本研究试图利用煤泥的热值，添加一些功能性的添加剂，将煤泥、煤矸石等通过配煤制备成洁净型煤，使其在燃烧过程中减少烟尘、SO2以及有害物质的排放。本研究开展了以下两方面:一方面开发高效型煤添加剂，将煤泥、煤矸石等制备成型煤供民用锅炉使用;另一方面研究高效的固硫添加剂，以解决煤炭在燃烧过程中产生大量SO2，对环境造成污染。研究结果表明:
　　(1)通过对煤泥、煤矸石的工业分析，在充分利用热值的条件下，型煤中添加氧化淀粉、膨润土、有机硅防水剂等，制备成多功能的洁净型煤。实验研究表明:当氧化淀粉添加量为0.4％，膨润土的添加量为2％，有机硅防水剂的添加量为2％时，型煤的抗压强度可达到2Mpa以上，跌落强度可达到95％以上，湿强度也可达到95％以上，且型煤灰分、挥发份、热值等各项指标均满足型煤产品标准。
　　(2)通过分别对钙、镁基固硫剂固硫效果比较以及各添加剂固硫促进作用的比较，研究表明钙基固硫剂固硫活性优于镁基固硫剂，但高温(＞1000℃)固硫产物发生分解释放大量SO2;在以钙基固硫剂为主固硫剂的基础上，添加剂Fe2O3、 SiO2、CuO、ZnO等物质都表现出了一定的固硫促进作用，以上实验结果为使用废弃物煤矸石和粉煤灰作为型煤固硫添加剂提供了理论依据。
　　(3)单纯以MgO作为型煤固硫剂，固硫率较低，CaO和MgO作复合固硫剂后，可显著提高了型煤固硫率;通过对煤矸石和粉煤灰成分的分析，实验将煤矸石和粉煤灰作为型煤固硫添加剂，研究结果表明在此基础上添加少量煤矸石，煤矸石中的SiO2和Al2O3等物质在高于900℃时可与CaSO4作用生成热稳定性高和结构致密的新物相Ca5(SiO4)2(SO4)，从而抑制了含硫物相的分解而提高了型煤的固硫率;而粉煤灰则可能以惰性玻璃体形式存在，SiO2、Al2O3等物质难与固硫剂在高温下形成新的物相。
　　(4)为进一步提高粉煤灰的活性，本研究利用氢氧化钙对粉煤灰进行活化，作为型煤固硫添加剂。结果表明氢氧化钙能够破坏粉煤灰玻璃微珠的结构，将惰性的硅、铝、铁物质等激活，在高温下这些物质与固硫产物CaSO4发生了反应，生成了一种热稳定性较高的Ca5(SiO4)2SO4的物质，提高了硫酸盐的分解温度，减少了SO2的释放;添加活化粉煤灰后型煤的固硫率能够提升了6.28％。
　　(5)在以上实验结论的基础上，研究进一步考察了固硫影响因素对型煤固硫效果的影响。结果表明当Mg/Ca质量比为1∶1，且(Mg+Ca)/S摩尔比为2∶1时，型煤固硫效果最佳;活化粉煤灰添加量为3％和煤矸石添加量为2％时，型煤的固硫率可分别提高5.85％和3.72％，但随着添加量的继续增加，煤矸石自身含硫较高，型煤的固硫率开始下降;煤矸石和活化粉煤灰随燃烧温度的升高，其固硫促进作用下降;还原气氛下，煤矸石和活化粉煤灰高温抑制分解的作用不能得到表现;煤矸石和活化粉煤灰对型煤固硫抑制作用也不会受时间的影响。

目录

摘要

绪论

第一章 文献综述

1．1 型煤技术

1．1．1 国外型煤技术研究现状

1．1．2 国内型煤技术研究现状

1．2 型煤固硫技术

1．2．1 型煤固硫剂研究现状

1．2．2 型煤固硫添加剂的研究现状

1．3 研究内容

第二章 煤系固废制备洁净型煤

2．1 实验材料

2．1．1 原料煤

2．1．2 型煤添加剂

2．2 实验方法

2．2．1 煤系固废型煤制备方法

2．2．2 型煤检测流程

2．2．3 型煤指标测试方法

2．3 实验内容

2．4 结果与讨论

2．4．1 粘结剂添加量对型煤性能的影响

2．4．2 热固剂添加量对型煤各项指标的影响

2．4．3 防水剂对型煤防水性能的影响

2．4．4 固硫剂对型煤固硫性能的影响

2．5 本章小结

第三章 固硫剂及添加剂对型煤固硫效果的研究

3．1 实验材料

3．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 固硫剂种类对型煤固硫效果的影响

3．3．2 固硫添加剂对型煤固硫效果的影响

3．4 本章小结

第四章 煤系固废对型煤固硫作用及机理研究

4．1 实验材料

4．2 实验方法

4．2．1 样品制备

4．2．2 煤系固废对型煤的固硫作用研究

4．2．3 固硫添加剂对型煤固硫效果的影响

4．2．4 煤系固废固硫促进作用机理研究

4．3 结果与讨论

4．3．1 煤系固废对型煤的固硫作用研究

4．3．2 型煤燃烧硫释放规律的研究

4．3．3 表征分析

4．4 固硫机理讨论

4．5 本章小结

第五章 活化粉煤灰对型煤固硫作用及机理研究

5．1 粉煤灰改性原理

5．2 实验材料

5．3 实验部分

5．3．1 预备实验

5．3．2 型煤固硫实验

5．4 结果与讨论

5．4．1 改性粉煤灰对型煤的固硫作用研究

5．4．2 改性粉煤灰对型煤硫释放规律的影响

5．4．3 改性粉煤灰固硫促进作用机理研究

5．5 本章小结

第六章 型煤固硫影响因素的研究

6．1 实验材料

6．2 实验流程及方法

6．2．1 实验流程

6．2．2 实验方法

6．3 研究内容

6．4 结果与讨论

6．4．1 固硫剂添加量对型煤固硫效果的影响

6．4．2 添加剂种类对钙、镁复合型煤固硫效果的影响

6．4．3 燃烧温度对钙、镁复合型煤固硫效果的影响

6．4．4 燃烧气氛对钙、镁复合型煤固硫效果的影响

6．4．5 燃烧时间对钙、镁复合型煤固硫效果的影响

6．5 本章小结

结论及建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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