（工程热物理专业论文）混煤的微观理化特性与反应性的试验研究.pdf

浙江大学博士学位论文摘要 响。 n o的动态析出曲线呈多峰分布， 降低氧量有利于抑制挥发分n向n o的转 化，在某些条件下，也容易导致焦 n向n o转化的加强。混煤组分比例改变导 致n o波峰对应的反应时段有较大的波动， 在采用空气分级控制氮氧化物生成的 措施时，需要考虑这一因素的影响。 s o z 的动态析出曲 线呈双峰分布， 析出量随 氧量的增加而增加。混煤s o z 总的析出量随着硫元素含量的增加近似线性增加。 煤质在线检测技术的发展对优化配煤问 题的时效性提出了更高的要求， 借助 于生物演化思想的组合优化算法和面向对象的程序设计思路可以实现这一目 标。 通过遗传算法和数据编码的结合， 启发式搜索机制的应用， 可以解决多煤种选择、 高精度配煤耗时过长的问 题，尽管由 此也可能产生算法最优解的质量有所下降。 面向对象的程序设计方法， 有效的利用了类的继承性， 可以方便的实现算法的改 进和扩充，有利于优化配煤模型的推广和应用。 关键词:混煤:微观结构;热解反应性;活化能;氮氧化物;遗传算法 浙江大学博士学位论文 abs t ract abs tract t h e p h y s i c a l c h e m i s t ry c h a r a c t e r i s t i c s w i t h r e a c t i v i t y o f b l e n d e d c o a l d u r i n g t h e r m al p r o c e s s i s i m p o r t a n t f o r e x p o u n d in g o p t i m i z i n g c o al b l e n d i n g . t h e b l e n d e d c o al s t u d i e d i n t h i s p a p e r i s c o m p o s e d妙 t w o k i n d s o f c o al , a n t h r a c i t e a n d b i t u m i n o u s - c o a l w h i c h a r e q u i e t d i ff e re n t in c h a r a c t e r i s t i c . w e i n v e s t i g a t e t h e s u r f a c e s t r u c t u r e c h a n g i n g d u r i n g t h e t h e r m a l r e a c t i o n , a n d d i s c u s s t h e i m m a n e n t c a u s e o f c h e m i c al r e a c t i v ity t r a n s f e r . t g / f t i r m e t h o d s i s u s e d f o r s t u d y i n g t h e p y r o l y s i s a n d c o m b u s t i o n r e a c t i o n m e c h a n i s m , s o a s t o p r e d i c t t h e r e a c t iv i ty o f b l e n d e d c o al i n t e r m s o f k i n e t i c s . we a n al y z e t h e d y n a m i c e m i s s i o n o f t h e p o l l u t a n t d u r i n g t h e p i p e r h e a t e r c o m b u s t i o n w i t h b l e n d e d c o al t o p r o v i d e a t h e o r e t i c al b a s i s f o r c o n t r o l t h e l e tt i n g o f s u l f u r a n d n i t r o g e n o x i d e . we e x p a n d t h e a p p l i c a t i o n o f o p t i m al c o m b i n a t i o n al g o r i t h m i n c o a l b l e n d i n g t o p r o v i d e a t h e o r e t i c al a n d t e c h n i c a l s u p p o r t f o r e n h a n c i n g t h e t i m e e f f i c i e n c y o f t h e c o al b l e n d i n g m o d e l . t h e m i c r o s t r u c t u r e a n d c rys t al l i t e c o n f i g u r a t i o n p a r s i n g p r o v e d t h e b l e n d e d c o al m a y r e g a r d a s a n e w k i n d o f c o al . c o a l c o k e o f b l e n d e d c o a l w a s m a d e i n p i p e r h e a t e r . n i t r o g e n a d s o r p t i o n a n d s e m m e t h o d s w e r e u s e d t o s t u d y i n g t h e m i c r o s t r u c t u r e o f t h e c o al c o k e . c h a n g i n g o f s u r f a c e m o d al i ty w as d i s c u s s e d . t h e v o l a t i l e c o n s t i t u e n t e s c a p i n g a n d t h e r m o p l a s t i c p e r f o r m a n c e c h a n g i n g r e s u l t i n a l o w e r s p e c i fi c a r e a o f t h e b l e n d e d c o a l c o k e . t h e p a rt i al p o r e d i s t r i b u t i o n c h a n g e d w i t h t h e r a t i o o f t h e b l e n d e d c o al c o m p o n e n t . wh e n t h e r a t i o o f t h e a n t h r a c i t e a n d b i t u m i n o u s - c o al i n b l e n d e d c o a l i s 1 : 1 , t h e m e s o p o r e d i s t r i b u t i o n i s s a m e w i t h t h a t o f a n t h r a c i t e c o k e . wh e n t h e r a t i o o f b i t u m i n o u s - c o al i s l o w e r t h a n 5 0 %, t h e m e s o p o r e d i s t r i b u t i o n o f b l e n d e d c o a l c o k e d e c r e a s e d w i t h t h e i n c r e asi n g o f b i t u m i n o u s - c o al . wh e n t h e r a t i o o f b i t u m i n o u s - c o al i s h i g h e r t h a n 5 0 %, t h e m e s o p o r e d i s t r i b u t i o n o f b l e n d e d c o al c o k e i n c r e as e d w it h t h e in c r e asi n g o f b i t u m i n o u s - c o al . t g -f t i r m e t h o d w as e x p l o r e d t o a n al y z e t h e g a s e o u s p r o d u c t a n d k i n e t i c s f o r d i s c u s s i n g t h e p y r o l y s i s m e c h a n i s m o f b l e n d e d c o a l . t h e t e m p e r a t u r e o f t h e m a x i m a l p y r o l y s i s r a t e c h a n g e s l i tt l e , w h i c h s h o w s a s t r u c t u r al s i mi l a r i ty o f b l e n d e d c o al s . t h e v o l a t i l e c o n s t i t u e n t e m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c c u r v e h as a m u l t i - p e a k d i s t r i b u t i o n a n d a w i d e r h al f - p e a k , w h i c h s h o w a r e l a t i v e u n a i d e d p y r o l y s i s o f c o n s t i t u e n t . i t i s n o t p r e c i s e t o e l a b o r a t e t h e p y r o l y s i s re a c t i v i ty o f b l e n d e d c o a l c o n t a i n i n g a n t h r a c it e b y o n e - s t e p - p y r o l y z e a c t i v a t i o n e n e r g y . d i f f u s e m o d e l a n d c h e m i c a l r e a c t i o n m o d e l ( n = 6 ) c a n d e s c r i b e t h e p y r o l y s i s p r o c e s s s y n t h e t i c a l l y . o r i g i n al p y r o l y s i s t e m p e r a t u r e d e c r e ase d l i n e a r l y w i t h t h e i n c r e asi n g o f o x y g e n e l e m e n t c o n t e n t . t h e d i s t r i b u t i o n a n d 浙江大学博士学位论文 c o n t e n t o f p y r o l y s i s p r o d u c t s h a v e a c l o s e r e l a t i o n s h i p w i t h t h e e l e m e n t c o n f i g u r a t i o n a n d i s a ff e c t e d d i r e c t l y b y t h e r a t i o o f t h e c o n s t i t u e n t . t h e b l e n d e d c o a l c o m b u s t i o n h a s a p h a s e d i s t r ib u t i o n . s o m e t i m e s , t h e i g n it i o n a n d b u rn o u t p e r f o r m a n c e c o u l d n o t b e i m p r o v e d a t t h e s a m e t i m e b e c a u s e t h e h e a t d i s t r ib u t i o n o f t h e v o l a t i l e c o n s t i t u e n t h o m o g e n e o u s c o m b u s t i o n a n d b l e n d e d c o a l c o k e n o n - h o m o g e n e o u s c o m b u s t i o n i s a ff e c t e d b y o x y g e n p a r ti a l p r e s s u r e . t h e c o m b u s t i o n t i m e o f 5 0 % o r g a n i c m a tt e r o f b l e n d e d c o a l i s s i m i l a r t o t h a t o f t h e b i t u m i n o u s - c o a l . wh e n t h e r a t i o o f t h e b i t u m i n o u s - c o a l r a g e d fr o m 3 3 . 3 % t o 6 6 .7 % , t h e b l e n d e d c o a l h as a b e t t e r i g n i t i o n a n d b u rn o u t p e r f o r m a n c e . t h e i n fr a - r e d a n a l y s i s o f t h e c o m b u s t i o n g a s e o u s p r o d u c t s s h o w s t h a t t h e r e l a t i v e l y c o n v e r s i o n r a t e o f c a r b o n t o c o / c o 2 w i l l b e a ff e c t e d b y c a r b o n d i s t r i b u t i o n in p y r o l y s i s p r o d u c t s a n d h a v e a c l o s e r e l a t i o n s h i p w it h c o m b u s t i o n a t m o s p h e r e . i n o r d e r t o c o n tr o l t h e p o l l u t i o n o f b l e n d e d c o a l c o m b u s t i o n , w e s h o u l d a n a l y s i s t h e d y n a m ic e m i s s i o n o f n i tr o u s a n d s u l f u r p o l l u t a n t . u n d e r t h e c o m b u s t i o n c o n d i t i o n o f p i p e r h e a t e r , t h e e ff e c t o f o x y g e n c o n c e n t r a t i o n o n g e n e r a t i o n r u l e o f n o a n d s o z w as i n v e s t i g a t e d . t h e n o d y n a m i c e m i s s i o n c u r v e w as c h a n g e f u l . l o w e r o x y g e n c o n c e n tr a t i o n w i l l in h i b i t t h e tr a n s l a t i o n o f v o l a t i l e - n i t r o g e n i n t o n o , a n d s tr e n g t h e n t h e t r a n s l a t i o n o f c h a r - n i t r o g e n i n t o n o u n d e r s o m e c i r c u m s t a n c e . n o p e a k l o c a t i o n h as b i g g i s h fl u c tu a t i o n w i t h b l e n d r a t i o , s o m u s t p a y m o r e a t t e n t i o n t o a i r - c o n d i t i o n c o mb u s t i o n . t h e d y n a m i c e m i s s i o n c u r v e o f s o z h as a b i m o d a l d i s t r i b u t i o n , a n d t h e s o z y i e l d i n c r e a s e w i t h t h e i n c r e asin g o f o x y g e n c o n c e n tr a t i o n . t h e s o 2 g r o s s h a s a l i n e a r r e l a t i o n s h i p w i t h s u l f u r e l e m e n t c o n t e n t . t h e d e v e l o p m e n t o f o n - l i n e m e as u r e m e n t t e c h n o l o g y p r o p o s e s a h i g h e r r e q u i r e o n t h e t i m e e f f i c i e n c y o f c o a l b l e n d i n g m o d e l , w h i c h c a n b e a c h i e v e d b y o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g a n d c o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o n a l g o r it h m b as e d o n e v o l u t i o n i d e a . b y t h e c o m b i n a t i o n o f g e n e t i c a l g o r i t h m a n d d a t a c o d i n g , a n d u t i l i z i n g h e u r i s t i c s e a r c h m e c h a n i s m , t h e h i g h e r - t i m e - c o n s u m i n g p r o b l e m f o r m u l t i - c o a l s e l e c t i o n a n d h i g h - p r e c i s i o n c o a l b l e n d i n g c a n b e s o l v e d , e v e n t h o u g h i t c o u l d d e c r e a s e t h e q u a l i ty o f t h e o p t i m u m s o l u t i o n . b y u t i l i z i n g t h e s u c c e s s i o n o f c l ass e ff e c t i v e l y , t h e o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g c a n re a l i z e t h e a l g o r i t h m i m p r o v e m e n t a n d e x t e n s i o n , s o as t o f a c i l i t a t e t h e p o p u l a r i z a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f t h e c o al b le n d i n g m o d e l k e y wo r d s : b l e n d e d c o al ; m i c r o - s t r u c t u r e ; p y r o l y s i s r e a c t i v i ty ; a c t i v a t i o n e n e r g y ; n 认; g e n e t i c a l g o r i t h m 学号i o ma d 独创性声明 本人声明所r 交的学位沦文是本人在导师指详下 进行的研究 i _ 作及取得的x 7 1 究成果。据 我所知，除了文中特别加以标7 1 和致谢的地力外，沦文 ， 不包含工 u 他人已纤发表或撰写过的 研究成果， 也不包含为获得 浙江大学 或1 i: 他教育 机构的 学位或ill: i , iru f vf l 过的 材 l o 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 娜 ” 字 日 期 : ) 刃年， ) 月 1 a 日 学位论文版权使用授权书 本 学位论文 作者 完个了 解 浙江大学 有关 保留、 使川 学位论文 的l n 定，子 : 权保留加句 国家 有关部门或机构送交论文的交印件和磁盘，允许论文被杳阅和借阅。本人授权 浙江大 学 可 以 将学位论文的个部或部分内 容 编入有关 数 据库进行检索，可以采用影印、 缩印: 划 招 1 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学付论文在解密后适) 月 本授权一书) 学位论文作者签名:导师签名: 签字日期:年月i - i签字日期:年月千 i 学位沦文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编: 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 1 . 1 混煤燃烧的提出及其优点 煤炭资源在全球的能源和工业领域具有举足轻重的地位:它提供了全世界 2 8 %的一次能源， 由煤炭直接发电占 全球电力的3 8 %， 全球7 0 %的钢铁生产依赖 于 煤炭川 。 煤炭比 任何其他的 化石原料储量都 丰富， 且分布广泛， 化学稳定性良 好便于储存和运输， 并且价格便宜， 更易于获得。 能源的大量消耗和环境问题的 日益突出， 将能源的可持续发展问题提上了日 程， 对煤炭资源的利用已经不仅仅 是简单的使用，而是如何使用的问题。 中国一次能源消费构成中，以煤炭为主的格局一直未曾改变。 2 0 0 5年，煤 炭消费量在一次能源中占6 8 . 9 %;石油、天然气、水电等洁净能源的比重有所上 升， 从1 9 9 0 年的2 3 . 8 % 上升为2 0 0 5 年的3 1 . 1 % z 1 。由 于对电 力和钢 材的需求不 断上升，我国对煤炭的需求大幅增加，原煤产量从十几年前的 1 2 亿吨增加到现 在的2 1 亿吨。对于电 煤的需求量明显上升，无烟煤市场正在不断扩大，我国从 邻国大量进口的无烟煤主要供电厂和水泥厂使用。 传统能源利用对环境的严重污染， 己经引起世界各国的高度重视。 改变这种 状况的有效途径之一是合理开发和利用新型能源资源， 并改善传统燃烧技术和方 案3 - 4 混煤燃烧就是在这个大背景下发展起来的。 动力配煤作为解决s o : 污染 的有效手段率先在美国得到了应用， 目前已成为世界各国解决能源与环境问题的 主导技术之一。 动力配煤通过煤质互补实现了燃料的优化，对电厂优化运行有重大的意义: ( 1 )稳定了入炉煤质，进而提高锅炉效率、降低锅炉事故率，保证锅炉运 行的安全性和经济性。 ( 2 ) 控制入炉煤的 硫含量，降 低了s 0 2 排放量;减少未燃烬粉尘及其它有 害成分的排放量，有利于控制环境污染。 ( 3 )强化电厂对来煤煤种的适应性，从而有利于扩大来煤渠道，通过市场 竞争降低来煤费用。 1 . 2 混煤燃烧技术概述 混煤是一个广泛的概念，包括煤与煤、 煤与添加剂、煤与生物质、煤与垃圾 等组分的混合。下面对这几种混煤燃烧技术进行综合评述。 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 扒.2 . 1 煤与煤混烧 煤与煤混烧最初应用在炼焦行业， 通过掺混不同粘结性的煤种， 改变混煤的 热塑性从而改善焦的粘结性， 达到资源的最大利用。 r . s a k u r o v s 指出炼焦过程中 混煤的热塑性由 于单煤间的相互作用而发生了改变5 1 。 不同 煤阶的煤种之间的相 互作用的普遍效果是: 在不降低最大流动性的情况下， 混煤的热塑温度范围变窄 了， 实际上使得混煤的热塑曲 线同与之相近煤阶的单煤的热塑曲线相类似。 这种 相互作用归因 于煤种间 可塑性挥发物质的 转 换e . n 。 另外岩相学研究也表明 ， 在 某些情况下， 混煤制得的焦炭中的主要颗粒与组分煤种不发生相互作用时制得的 焦炭是不一 样的 18 ) . t a k a h i r o y o s h i d a 9 1 用变温电 流测定法 研究了 焦煤和弱结焦 煤 的混煤的薪弹性变化情况。随着弱结焦煤比例的增加，混煤的薪弹性有所下降; 当弱结焦煤的比例达到3 0 %的时候， 仍然能够形成较好的焦炭。 当弱结焦煤的比 例达到5 0 %的时候， 混煤结焦的效果要远远差于焦煤的结焦情况: 但是当加热速 率升高时， 结焦的状况明显得到了改善。 对热塑性的研究也表明， 快速加热使得 最大流动性明显提高，且对应的温度增加，但软化温度没有明显的变化。 近年随着经济社会的快速发展， 工业和电力用煤形势日 趋紧张。 嫩煤不能适 应锅炉引发的能源利用效率低下、 安全和环境问题加剧， 与此同时大气污染物的 排放指标日 趋严格。在这个形式下，美国率先将低硫煤和高硫煤混烧控制 s o z 排放， 进而将低热值煤和高热值煤混烧保证燃料的发热量、 低灰煤和高灰煤混烧 控制入炉煤的灰分。 这样就提高了劣质煤的利用率， 扩大了动力用煤的范围， 在 一定程度上缓解了动力领域煤炭紧张的局势。我国从8 0 年代就开始了混煤的广 泛使用。 发展的模式有燃料公司配煤、 煤炭系统动力配煤场、电厂直接配煤。 浙 江大学开展了多煤种配煤的试验研究， 并将其成功的应用于杭州煤场的动力配煤 系统。 在当前， 混煤在电厂的应用趋势愈演愈烈， 对于混煤的燃烧特性研究意义 重大。 混煤本身是一种物理掺混的结果， 然而由于燃烧等过程的化学作用使得混煤 的性质与单煤相比发生了变化， 在一定程度上这种变化难于预测。 混煤燃烧的实 例显示， 由混煤中的单煤预测的燃烧运行变化和实际混煤燃烧情况并不相符， 这 为混煤的使用带来了一定的困难。 现在混煤的燃烧更多的依赖于操作者的经验， 所以需要对混煤的各种特性进行广泛深入的研究， 以便提高理论认识更好的指导 实际运行。 那. 2 . 2 煤与生物质混烧 一切有生命的、 可以生长的有机物质统称为生物质， 生物质能是指蕴藏在生 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 物质中的能量， 是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内 部的可再生低碳能源。 生物质在其开发和使用过程中， 对于生态环境造成的影响 甚小， 同时其可再生性、 储量丰富等特点又使其可有效的改变传统的能源生产消 费方式。因此，生物质能源极有可能成为2 1 世纪的主要能源之一，对其广泛开 发利用是国 家能 源战略的 必然选择1 0 . 1 1 。 生物质能的 转换利用技术 1 2 1 之一是直 接燃烧， 但是由 于生物质热值较低， 单独利用效率不高， 因此采取将生物质和煤 混 合 燃 烧 13 刘豪( 1 4 1 对生物质和煤的 混合燃烧进行了实验 研究，结果表明:生 物质的燃 烧集中在燃烧的前期， 煤的燃烧集中在燃烧后期。 二者混合燃烧时， 燃烧过程明 显的分为两个阶段，随着煤的掺混比例的增加，燃烧过程逐渐集中于燃烧后期。 由 于生物质的 挥发分含量很高，可达 6 0 6/ o - -9 0 %， 且初析温度较低 ( 约为 2 5 0 - 3 5 0 1c ) ， 因此煤中掺烧生物质可以明显改善着火性能。 混煤的燃烧最大速率有前 移的趋势， 可以获得更好的燃尽性能。 生物质和煤混烧，改善了燃烧放热的分布 状况， 对燃烧前期的 放热有增 进作用， 可以 提高 生物质的 利用率。 l a u r s e n 1 5 1 研 究了流化床中煤粉和生物质的混烧情况: 3 .4 m m以下的煤粉颗粒能顺利着火， 床 温和混煤的燃尽率的关系也不大， 但是气流的含氧量与混煤的燃尽关系密切， 尤 其当混煤的水分含量偏大时，含氧量的影响更明显。 硫氧化物的生成量与硫元素的含量关系密切，生物质的硫含量低 ( 含 s量 0 . 1 % - -1 .5 %) ，可以降低混煤的s含量，进而降低 s 0 2 的生成。同时，多数生物 质灰分中含有大量碱金属氧化物，能够与s o : 反应生成硫酸盐，起到固硫作用。 n o 、 的生成量除了和氮元素的含量有关外， 还受燃烧条件的影响。 生物质和煤混 烧时，由于生物质的大量挥发分先行析出并燃烧，导致煤燃烧的贫氧条件， 造成 局部还原性气氛减少了n o的生成;生物质燃烧的中间产物n h 3 含量较高，也 在一定程 度上起到降 低n o 、 的作 用 1 6 . 1 7 1煤与生 物质混合燃烧比 例、 煤质类型、 燃烧状态，是影响 s 仇、n o x 生成的主要因素.煤与生物质最佳混合比例为 2 0 -4 0 % 1 1 。 徐秀峰1 1 9 1研究了 脱灰 煤、 负载f e c l 3 煤以 及几种不同 变质程度的原 煤燃烧过程中 s o 2 , n o 、 的逸出规律，结果表明，f e c 1 3 对煤中某些类型有机硫 的逸出有控制作用，同时使 n o , 的逸出总量大大降低。生物质的重金属微量元 素含量低2 0 1 ， 灰分低，因 此混煤重金属污染物的 排放也明 显降 低。生物质的利 用过程是植物的光合作用和燃烧反应的可逆循环利用过程， 从而使整个能源利用 系统的c 0 2 净排放为零2 1 1 。同 时由 于 燃烧生物质剩余物减少了 其自 然腐烂所产 生的c h 4 ， 进一步减少了温室气体的排放。 生物质的碱金属氧化物含量较高， 这容易造成灰熔点的降低。 碱金属能造成 流化床燃烧过程中床料颗粒的严重烧结12 2 1 ，影响流化状态.生物质燃烧造成的 灰沉积比煤燃烧的灰沉积粘度和强度都高， 更难于清理。 某些类型的灰污还容易 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 造成金属管壁的腐蚀。某些生物质的c 1 含量较高， 加快了金属的腐蚀速度，同 时还会生成 h c i 污染产物。通过和煤进行混烧，可以大大降低燃料中碱金属的 比例，从而在一定程度上减轻了结渣和沾污问题，但是 h c i 的污染应该引起注 意。 1 .2 3煤与垃圾混烧 城市垃圾是一种不断增长的资源与财富，是 “ 放错地点的原料” ，因此有效 利用城市生活垃圾是解决资源和能源短缺矛盾的有效途径。 焚烧是一种对城市生 活垃圾进行高温化学处理的技术。垃圾燃烧产生的高温烟气可作为热能回收利 用， 性质稳定的残渣可直接填埋或作建材用。 焚烧处理后垃圾中的细菌、 病毒能 彻底被消灭， 各种恶臭气体得到高温分解， 烟气中的有害气体经处理达标后排放。 因此， 垃圾焚烧技术是实现垃圾无害化、 减量化和资源化最有效的手段之一。 近 年来受能源危机的冲击， 以及气体污染净化技术和新的高效低污染燃烧技术的应 用， 加上各种环保法规的实施与不断强化， 焚烧法逐渐成为处理城市垃圾的主流 技术2 3 城市生活垃圾组分复杂，包括易腐有机物、煤灰、泥砂、塑料、纸类等。 不 同组分垃圾的物理特性和化学特性迥然不同， 对于垃圾的焚烧而言， 主要考虑的 垃圾化学特性有: 水分、 挥发分、 固定碳、 热值等， 而主要元素为c , h , o , n , s , c 1 等。城市生活垃圾的水分、 挥发分和灰分含量相对矿务燃料较高， 碳元素 的含量较低， 热值因成分而异。 垃圾焚烧过程产生的烟气中除包括过量的空气和 二氧化碳外， 还包括对人体和环境有直接或间接危害的颗粒物、 酸性气体、 重金 属和有机污染物2 4 1 我国 垃圾的品质较低， 垃圾分类、 分拣差， 造成垃圾的 低位热值一般偏低2 5 1 因此进行垃圾焚烧时， 常常在焚烧炉启动阶段和燃烧不稳定时投煤混烧。 垃圾与 煤 混 烧， 可以 发 挥 垃 圾易 燃的 特 性， 从 而 降 低 煤的 着 火 温 度。 f o l g u e r a s 26 1对 污 泥 和煤混烧的研究显示， 污泥中的有机质燃烧温度要低于煤粉的燃烧温度， 但是污 泥的燃烧剧烈程度远远小于煤粉的燃烧;污泥燃烧过程中存在双峰或多峰现象， 比煤粉的燃烧要复杂。 混煤中污泥和煤粉没有发生相互作用， 污泥和煤粉的混合 物的燃烧曲线介于两者之间， 可以用组分的重量加权平均结果来预测。 动力学的 分析表明， 在低温阶段 ( 3 5 0 0c ) 污泥中的有机质基本燃尽主要是煤粉中的有 机 质的 燃 烧， 混 煤的 活 化 能 接 近 煤 粉的 计 算 值。 n d a j i 2 7 1 对 煤 和 聚乙 二 醇、 干 泥 等废弃物中的主要成分间的相互作用进行了研究。 通过比较混合物的气体逸出曲 线和组分燃烧曲线指出燃烧过程中混合物之间发生了相互作用， 主要改变了燃料 浙江大学博上学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 型 n o , 的 排放。 o t e r o 2 8 1 的 研究也表明由 于污泥中氮的 含量偏高，导致燃烧后 n o , 、痕量元素 和二氧 ( 杂 ) 芭的 排放问 题。 和煤相比， 垃圾的硫含量低， 而挥发分析出迅速， 在燃烧初期，氧气主要供 挥发分燃烧， 从而限制了s 0 2 的生成。 垃圾加入到煤中，由 于生活垃圾中本身具 有一定的木质素和腐殖酸， 它们对s 0 2 有较强的吸附能力和巨大的比表面积， 延 缓了s q 的析出速度， 增加了反应表面;生物质燃料含有相对较多的k , c a , n a 的 活性 成分， 这些碱 金属可与s 仇 发生反应，因 此s 仇的 排放浓度降 低2 9 ) 董长青3 0 1 研究了 城市生活垃圾与煤流化床混合燃烧过程中氮氧化物排放特性， 实验结果显示，随着加入垃圾量的逐渐增加， n o排放浓度降低。垃圾中有机物 类燃料n含量很低， 在混合燃烧过程中燃料n o , 也降 低; 有机物中含有大量的 挥发分， 在骤然升温的过程中迅速析出， 与煤粉燃烧抢氧， 在局部燃烧区域形成 贫氧区，限 制了中间产物向n o x 的转化;有机物挥发分中的氮通常以n h基团 的形式存在而不是以h c n或者其它的c n基团释放出来，同时挥发分中高能级 的碳氢化合物原子团也可还原部分n o , 。而碱金属的存在则会导致 n o x 排放浓 度的增加3 1 。 垃圾中 某些成分的c 1 含量较高，极易和挥发性的痕量元素生成氯 化物，形成重金属污染。同时造成混煤燃烧中 h c 1以及二恶英污染的形成，这 是垃圾燃烧中的一个污染难题3 2 - 3 4 1 . 3 混煤综合特性的研究综述 电厂燃用混煤考虑的是燃料优化的问题， 燃料优化的核心是确定目 标煤种和 保障其品质的稳定。 但燃料优化不是孤立单一的， 是涉及到方方面面因素的多层 体系结构。从煤炭的储存、输送、 破碎、制粉、混合直到炉内燃烧和粉尘、污染 排放环节， 都需要考虑混煤中单煤间的相互作用问题。 针对电厂混煤特性的研究， 从混煤的低温氧化性、混煤的可磨性、混煤的流动性，直到混煤的着火和燃烧、 混煤的沾污和结渣、混煤的污染物排放，涉及电厂运行的各个方面。 混煤特性的研究首先面临的一个问题是组分煤种特性与混煤特性的对应关 系， 我们总是希望从现有的煤质特性参数获取有关混煤特性的信息。 然而， 事情 并不是 总 如 我 们 所愿。 c a r p e n t e r 3 s 对 混煤在电 厂的 应 用 情况 进行了 综 述， 他 指出 目前还是用组分煤种的特性参数的加权平均值来判断混煤的总体性能， 但这对某 些情况并不适用。 组分煤种的相互作用使得评价混煤的性能变得很复杂， 而且这 种复杂性是不可避免的. 混煤的利用对锅炉运行的很多方面都产生了影响， 进而 影响了电厂的运行和发电成本。 这些方面包括磨煤机的性能， 燃烧性能和效率( 着 火、 火焰的稳定性、 燃尽特性) ， 灰的结渣性能、 s 仇、 n o 、 的排放以及对静电除 尘器和过滤器性能的影响。 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 既然无法简单的利用单煤的特性参数来获知混煤的特性， 众多的学者纷纷从 实验和模型的角度来预测和评价混煤特性， 从实验室规模到实际的电厂规模都做 了讨论。下面我们就从不同的角度分别进行阐述。 1 3 . 1 炉前预处理阶段 歼.3 . 1 . 1 配煤方式 目 前配煤方式主要有床混、 仓混、 带混和炉内 直接混和四种方式。 仓混占地 面积小，混煤简单、方便，扬尘少，噪声低，但混煤量少，不适合大型电厂。床 混3 6 多在煤厂进行， 其混煤量大，方式简单，不需要特殊设备， 均匀性好，可 长时间大量混煤。 这种方式通常最有效、 经济， 但最大缺点是对煤质变化的反应 能力差，必须准确的掌握来煤质量，以便改变煤层中的煤比例。国内基本上都采 用带混，其突出优点是煤质易于调节。这三种配煤方式都涉及混合均匀的问题， 现场运行的经验表明采用斗轮堆取料机可以在取煤的时候保证混合的均匀性。 炉 内直接混和是将一定比例的单煤从炉膛的不同位置送入， 采用此法需对配煤与锅 炉的适应性作更深入研究，同时需要较高的运行管理水平。 那.3 . 1 .2 低温 氧化性 如果配制好的混煤不直接进入炉膛， 而是在煤场堆放， 就需要考虑其低温氧 化 性的问 题。 n u g r o h o 3 7 1研究了 孔 容 积和比 表 面积 对临 界 着火 温 度、 活 化能、 放 热量、 指前因子的影响。高阶煤的自 我加热能力受颗粒大小的影响很大， 随粒度 的减小，自 燃的临界温度随之降低， 而低阶煤种受影响则相对较弱。 煤粉的平均 粒径为 0 .0 6 m m时，自 燃温度约为4 0 0 k .混煤由于不同颗粒混合的原因，和单 煤相比， 容易发生热量的积累， 导致自 燃。 只需要很小的一部分细颗粒煤粉或高 活性煤种， 自 燃温度下降的幅度就很大， 这种变化是非线性的。 混煤应用过程中， 要特别注意自 燃现象的发生。 影3 . 1 .3 可磨性 煤粒大小及其分布对煤的燃烧特性和燃烧效率影响很大， 原料煤通过机械破 碎的形式进行粒度加工留待燃烧使用。混煤应用过程中为了尽量减少设备投资， 一般都是先混合后进入磨煤系统， 因此需要考虑因为组分煤种的硬度差异造成的 磨煤系统性能的改变。 r u b i e r a 3 8 研究了 混煤的哈氏可磨指数与组分煤种的哈氏 可磨指数的关系。两组分混煤的哈氏可磨指数 ( h g i ) ，不能根据组分煤种质量 加权平均获得，尤其在组分煤种硬度相差很大的时候。混煤的 h g i 更接近于组 分单煤中硬度较小的煤种。两种硬质煤种组成的混煤的h g i 可以 近似由组分煤 种重量加权平均预测。 v u t h a l u r u 3 9 研究了两组分和三组分混煤的h g i 的变化， 浙江大学博士学位论文第一章 绪论:混煤特性的研究现状及进展 由于组分煤种的h g i 变化范围较窄且均为难磨煤，因此混煤的h g i 与组分煤种 加权平均计算值相差不大。但他同时指出混煤的 h g i 无法用通用的方法预测， 只能通过实验获得。 对于电厂锅炉用煤的偏细粒度煤而言， 混煤的性质更趋向于 组分煤种中软质煤的性质。 邵. 3 . 1 . 4 输运特性 众所周知， 煤炭的输送和流动对制粉系统和燃烧器的运行影响是燃煤电站的 慢性病问题。 输送设备运行所产生的经济影响作用巨 大， 在极端的情况下能够导 致电厂停工。 煤的流动性受颗粒的水分含量作用显著， 同时受超细颗粒比例的影 响。 c h a k r a 4 o 1 研究了 原 煤 和洗选煤混合后， 由 于 煤粉细度和外在 水分的 变化带来 的煤粉流动性的变化情况。 在给料、 储存和运输过程中，由于磨损、 破碎和挤压 等外力作用，使得煤粉细度增加，细颗粒的比例增加，煤粉的流动性受到影响。 不同的煤种混合过程中， 由于外在水分的变化， 部分抵消了 细颗粒比例增加带来 的流动性变化。 但是在预测煤粉的流动性的时候， 不能因此减弱煤粉细度和外水 分变化的作用， 要考虑它们的综合影响。 同样水分含量但是细颗粒比例较高的原 煤要比混煤的流动性好， 这是因为混煤中的洗选煤以 外水分的形式增加了整个煤 粉的水分含量， 混煤外水分占总水分的比例远远高于原煤， 而外在水分恰恰