微光波对水煤浆的成浆性和气化性的影响
摘要
水煤浆是一种适合我国国情的节能、环保和代油燃料,它既可直接用于锅炉代油燃烧,又可进行气化用于煤化工多联产和IGCC发电,所以是保证我国能源长期稳定发展的战略和现实选择。在工业应用中,如何利用劣质煤制取高品位的水煤浆,如何改善水煤浆的成浆性和流动性,如何提高水煤浆的气化效率,是目前水煤浆研究的热点和难点问题,具有重要的研究意义和应用前景。
首先利用氮吸附仪等实验方法分析了10个典型煤种的微观孔隙结构,采用非线性的分形理论描述了其孔隙分形特征,并探讨了水煤浆的颗粒分形维数与成浆特性的相关规律,发现随着分形维数增大,水煤浆粘度增大并且最大成浆浓度变小。
其次创造性地提出利用微波和光波辐照改善劣质煤的成浆特性,并深入探讨了其反应机理。针对水分高、氧量高、成浆性差的菲律宾煤,利用微波和光波辐照改性使成浆性明显提高。通过不同的微波辐照改性时间10s、20s、30s、60s和120s,使菲律宾水煤浆的最大成浆浓度提高了0.4%、1.1%、2.42%、1.3%和0.1%;通过不同的光波辐照改性时间10s、30s、60s和120s,水煤浆的最大成浆浓度提高了1.0%、2.4%、1.35%和1.0%。利用XRD衍射仪、扫描电镜、氮吸附仪和红外光谱仪分析了菲律宾煤改性前后的微观形貌和成分组成变化,探讨了微光波辐照改善水煤浆成浆性的作用机理。
最后研究了微波改性对水煤浆气化特性的影响规律,试验发现微波辐照改性后的水煤浆焦的气化反应起始温度明显降低,气化反应的完成时间减少,从而使气化特性明显改善。而微波辐照改性对不同煤种水煤浆的气化特性改善效果有所差别,这主要与各煤种所含水分和矿物质成分不同有关。
As clean energy, coal water slurry can be used in combustion of replacing oil and gasification for coal chemical industry、IGCC. CWS technology suits national conditions. The research focus is that, how to make excellent slurry by the poor coal, how to improve the slurrying property, how to improve the efficiency of gasification.
In this article firstly, the particle pore structure of ten different coals have been researched by N2 absorption apparatus. When discuss the rule of fractal dimension and slurrying property, find that the slurry's apparent viscosity increase when the fractal dimension increase.
The innovative idea is using microwave and lingtwave to improve the slurrying property and researching the mechanism. The Philippines coal with high moisture and high oxygen content, can improve the slurrying property after the microwave pretreatment. The cws's viscosity reduce and the slurry's concentration improve after the microwave and lightwave pretreatment of 10s、20s、30s、60s、120s. Researched the mechanism of microwave and lightwave pretreatment through SEM、XRD、N2 absorption apparatus and infrared spectrum.
Then research the gasification property after microwave pretreatment. The microwave pretreatment has influence on the gasification efficiency of cws char, the beginning temperature minish and the reaction time reduce. The different coals have different result because of the moisture and mineral content.
首先利用氮吸附仪等实验方法分析了10个典型煤种的微观孔隙结构,采用非线性的分形理论描述了其孔隙分形特征,并探讨了水煤浆的颗粒分形维数与成浆特性的相关规律,发现随着分形维数增大,水煤浆粘度增大并且最大成浆浓度变小。
其次创造性地提出利用微波和光波辐照改善劣质煤的成浆特性,并深入探讨了其反应机理。针对水分高、氧量高、成浆性差的菲律宾煤,利用微波和光波辐照改性使成浆性明显提高。通过不同的微波辐照改性时间10s、20s、30s、60s和120s,使菲律宾水煤浆的最大成浆浓度提高了0.4%、1.1%、2.42%、1.3%和0.1%;通过不同的光波辐照改性时间10s、30s、60s和120s,水煤浆的最大成浆浓度提高了1.0%、2.4%、1.35%和1.0%。利用XRD衍射仪、扫描电镜、氮吸附仪和红外光谱仪分析了菲律宾煤改性前后的微观形貌和成分组成变化,探讨了微光波辐照改善水煤浆成浆性的作用机理。
最后研究了微波改性对水煤浆气化特性的影响规律,试验发现微波辐照改性后的水煤浆焦的气化反应起始温度明显降低,气化反应的完成时间减少,从而使气化特性明显改善。而微波辐照改性对不同煤种水煤浆的气化特性改善效果有所差别,这主要与各煤种所含水分和矿物质成分不同有关。
As clean energy, coal water slurry can be used in combustion of replacing oil and gasification for coal chemical industry、IGCC. CWS technology suits national conditions. The research focus is that, how to make excellent slurry by the poor coal, how to improve the slurrying property, how to improve the efficiency of gasification.
In this article firstly, the particle pore structure of ten different coals have been researched by N2 absorption apparatus. When discuss the rule of fractal dimension and slurrying property, find that the slurry's apparent viscosity increase when the fractal dimension increase.
The innovative idea is using microwave and lingtwave to improve the slurrying property and researching the mechanism. The Philippines coal with high moisture and high oxygen content, can improve the slurrying property after the microwave pretreatment. The cws's viscosity reduce and the slurry's concentration improve after the microwave and lightwave pretreatment of 10s、20s、30s、60s、120s. Researched the mechanism of microwave and lightwave pretreatment through SEM、XRD、N2 absorption apparatus and infrared spectrum.
Then research the gasification property after microwave pretreatment. The microwave pretreatment has influence on the gasification efficiency of cws char, the beginning temperature minish and the reaction time reduce. The different coals have different result because of the moisture and mineral content.
引文
[1]江泽民.中国能源问题的思考.上海交通大学学报,2007
[2]国家统计局,国家发改委能源局.中国能源统计年鉴.中国统计出版社,2006
[3]阙光辉.中国能源可持续战略.北京:外文出版社,2007
[4]陶文生,荣绍斌.浅谈水煤浆的应用前景[J].煤炭技术,2002.6,21(6)
[5]杜铭华,俞珠峰.发展洁净煤技术缓解石油供需矛盾.节能与环保,2001,2
[6]美国能源信息署.国际能源展望,2006
[7]于秀芹.空气净化工程清洁能源行动[J].中国能源,2001,(4):23-24
[8]崔秀玉.浅谈中国水煤浆技术的开发与应用[J].洁净煤技术,2002,8(4)
[9]朱光模,杨美建.福建无烟煤的成浆性能研究[J].洁净煤技术,2002,(4)
[10]龚伟达,林凯.清洁能源—水煤浆[J].污染防治技术,2003.12,16(4)
[11]张荣曾.中国水煤浆制浆技术的进展[J].洁净煤技术,1999,(5)
[12]张荣曾.水煤浆制浆技术.北京:科学出版社,1996
[13]刘珊,王秀月,白成志.中国水煤浆的市场前景分析.煤炭科学技术,2003 31(3)
[14]岑可法等.煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用技术.浙大出版社,1997
[15]周乔广.对水煤浆发展的思考.洁净煤技术,2001,7(2)
[16]吉登高,张丽娟.我国水煤浆制备与燃烧技术的发展[J].选煤技术,2004.(04)
[17]吴韬,龚欣.水煤浆气化技术及其进展.上海化工,2003.9(21)
[18]陈永献.德士古水煤浆加压气化技术存在问题探讨.河南化工,2005(22)
[19]马兆方,徐厚斌.气流床气化技术的现状和对比,2005(6)
[20]王绍林.微波加热技术的应用.机械工业出版社,2004
[21]刘岐山.微波能应用.电子工业出版社,1990
[22]张兆镗,钟若青.微波加热技术基础.电子工业出版社,1998
[23]徐禄,凌世德.光波导及其应用.浙江大学出版社,1990
[24]汤定元.红外辐射加热技术.复旦大学出版社,1992
[25]陈抗生.微波与光导波技术教程.浙江大学出版社,2000
[26]牟群英,李贤生.微波加热技术的应用与研究进展.物理学和高新技术,2003.9
[1]邓昭镜.超微粒与分形.重庆:西南师范大学出版社,1991
[2]金以文,鲁世杰.分形几何原理及其应用.浙江:浙江大学出版社,1997
[3]孙波,王魁军,张兴华.煤的分形孔隙结构特征的研究.煤矿安全
[4]董平,单忠健.超细煤粉粒度分布的分形描述.黑龙江科技学院学报,2004,14(2)
[5]张荣曾.水煤浆制浆技术.北京:科学出版社,1996
[6]孙成功,李保庆,尉迟唯.煤的孔结构特征对水煤浆性质的影响.燃料化学学报,1996,24(5)
[7]吴家珊,宋永玮,张春爱等.煤的性质对水煤浆特性的影响.燃料化学学报,1987,15(4):298
[8]姜秀民,杨海平,阎澈等.超细化煤粉表面形态分形特征.中国电机工程学报,2003,23(2)
[9]周俊虎,李艳昌,程军等.精细水煤浆的颗粒分形特征对燃烧特性的影响规律.燃料化学学报,2006,23(2)
[10]张荣曾.水煤浆制浆技术.科学出版社,1996
[11]姜秀民,李巨斌,邱建荣.煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响.煤炭学报,1999,24(6)
[12]曾文曲译.分形几何一数学基础及其应用.东北大学出版社,1991
[13]刘莹,胡敏,余桂英.分析理论及其应用.江西科学,2006,24(2)
[14]李艳昌.煤炭成浆特性的非线性理论和波能改性机理的研究.浙江大学博士学位论文,2007,5
[15]李珊珊,程军,李艳昌等.水煤浆粘度的几种影响因素分析.煤炭转化,2006,1(29)
[1]杨国荣.浅议中国神木煤煤质特征及工业利用方向.煤化工,1994,4
[2]吴家珊,吉庆军,郝爱民.神木煤主要性质对其水煤浆特性的影响.煤炭转化,1992,15(4)
[3]郝爱民,李新生,宋永玮.煤的改性提质对水煤浆成浆性的影响.煤炭转化,2001,24(3)
[4]B.C.Meikap,N.K.Purohit.Effect of microwave pretreatment of coal for improvement of rheological characteristics of coal water slurries.Journal of Colloid and Interface Science,281(2005)225-235
[5]王林,曾凡.煤中灰分对水煤浆性能的影响.煤炭加工与综合利用,1998(3)
[6]周德悟,万大春等.煤的岩相显微组分与成浆性.煤化工,1996,(04)4
[7]刘岐山.微波能应用.电子工业出版社,1990
[8]张兆镗,钟若青.微波加热技术基础.电子工业出版社,1998
[9]徐禄,凌世德.光波导及其应用.浙大出版社,1990
[10]汤定元.红外辐射加热技术.复旦大学出版社,1992
[11]陈抗生.微波与光导波技术教程.浙江大学出版社,2000
[12]牟群英,李贤生.微波加热技术的应用与研究进展.物理学和高新技术,2003.9
[13]陶文生,荣绍斌.浅谈水煤浆的应用前景[J].煤炭技术,2002.6,21(6)
[14]王绍林.微波加热技术的应用.机械工业出版社,2004
[15]崔秀玉.浅谈中国水煤浆技术的开发与应用[J].洁净煤技术,2002,8(4)
[16]朱光模,杨美建.福建无烟煤的成浆性能研究[J].洁净煤技术,2002,(4)
[17]陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用.化学工业出版社,2001
[18]张荣曾.中国水煤浆制浆技术的进展[J].洁净煤技术,1999,(5)
[19]张双全.煤化学.中国矿业大学出版社,2002
[20]朱之培,高晋开.煤化学.上海科学技术出版社,1984
[21]谢克昌.煤的结构与反应性.科学出版社,2002
[22]陈萍,唐修义.低温氮吸附法与煤中微孔隙特征的研究.煤炭学报,2001,(05)
[23]张占存.煤的吸附特征及煤中孔隙的分布规律.煤矿安全,2006,(09)
[24]李珊珊,程军,李艳昌等.水煤浆粘度的几种影响因素分析.煤炭转化,2006,1(29)
[25]Ed Lester,Sam Kingman.The potential for rapid coke making using microwave energy.Fuel,85(2006)2057-2063
[26]Ed Lester,Sam Kingman.The effect of microwave pre-heating on five different coals.Fuel,83(2004) 1941-1947
[27]孙成功,李保庆.煤的孔结构特征对水煤浆性质的影响.燃料化学学报,1996,(05)
[28]尉迟唯,李保庆.煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响.燃料化学学报,2003,(05)
[29]钟海庆.红外光谱法入门.北京:化学工业出版社,1984
[30]李晓玺,陈玲.微波对高链玉米淀粉颗粒抗消化性能的影响.食品科学,2007,(28)
[31]周俊虎,李艳昌,程军.神化煤微波改性提高成浆性能的研究.煤炭学报,2007,6(23)
[32]张宏梅,陈玲、李琳.微波在淀粉改性中的应用.现代化工,2001,5(21)
[34]韩德馨.中国煤岩学.中国矿业大学出版社,1996
[35]王荣杰,陈义胜,李保卫.用气体吸附法研究煤的分形维数.包头钢铁学院学报,1997,16(3)
[1]倪维斗,李政.以煤为核心的多联产系统.煤化工,2003,1
[2]吴宗鑫,吕应运.以煤为主多元化的清洁能源战略.清华大学学报,2000,15(6)
[3]王绍林.微波加热技术的应用.机械工业出版社,2004
[4]刘岐山.微波能应用.电子工业出版社,1990
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[7]汤定元.红外辐射加热技术.复旦大学出版社,1992
[8]陈抗生.微波与光导波技术教程.浙江大学出版社,2000
[9]牟群英,李贤生.微波加热技术的应用与研究进展.物理学和高新技术,2003.9
[10]吴韬,龚欣.水煤浆气化技术及其进展.上海化工,2003.9(21)
[11]陈永献.德士古水煤浆加压气化技术存在问题探讨.河南化工,2005(22)
[12]马兆方,徐厚斌.气流床气化技术的现状和对比,2005(6)
[13]张荣曾.水煤浆制浆技术[M].北京:科学出版社,1996.10
[14]许世森,危师让.IGCC与煤电的新型工业化.中国电力,2000,5
[15]邓世敏,林汝谋,金红光.IGCC多联产总能系统.燃气轮机技术,2002,15(3)
[16]王晶超,张善元.煤化工技术进展及其产业化现状.现代化工,2004,24(12)
[17]骆仲泱,王勤辉,方梦翔.煤的热点多联产技术及工程实例.浙江大学出版社,2004
[18]傅维标,卫景彬,张燕屏.煤的燃烧和气化.科学出版社,1992
[19]胡荣祖,史启祯.热分析动力学.科学出版社,2001
[20]徐建国,魏兆龙.用热分析法研究煤的热解特性.热解科学与技术,1995,5(2)
[21]崔洪,徐秀峰.煤焦CO2气化的热重分析研究.煤炭转化,1996,4
[22]周俊虎,匡建平,周志军.原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析与对比研究.燃料化学学报,2005,33(1)
[23]许越.化学反应动力学.化学工业出版社,2005
[2]国家统计局,国家发改委能源局.中国能源统计年鉴.中国统计出版社,2006
[3]阙光辉.中国能源可持续战略.北京:外文出版社,2007
[4]陶文生,荣绍斌.浅谈水煤浆的应用前景[J].煤炭技术,2002.6,21(6)
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[17]吴韬,龚欣.水煤浆气化技术及其进展.上海化工,2003.9(21)
[18]陈永献.德士古水煤浆加压气化技术存在问题探讨.河南化工,2005(22)
[19]马兆方,徐厚斌.气流床气化技术的现状和对比,2005(6)
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[14]李艳昌.煤炭成浆特性的非线性理论和波能改性机理的研究.浙江大学博士学位论文,2007,5
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[14]王绍林.微波加热技术的应用.机械工业出版社,2004
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[16]朱光模,杨美建.福建无烟煤的成浆性能研究[J].洁净煤技术,2002,(4)
[17]陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用.化学工业出版社,2001
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[19]张双全.煤化学.中国矿业大学出版社,2002
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[21]谢克昌.煤的结构与反应性.科学出版社,2002
[22]陈萍,唐修义.低温氮吸附法与煤中微孔隙特征的研究.煤炭学报,2001,(05)
[23]张占存.煤的吸附特征及煤中孔隙的分布规律.煤矿安全,2006,(09)
[24]李珊珊,程军,李艳昌等.水煤浆粘度的几种影响因素分析.煤炭转化,2006,1(29)
[25]Ed Lester,Sam Kingman.The potential for rapid coke making using microwave energy.Fuel,85(2006)2057-2063
[26]Ed Lester,Sam Kingman.The effect of microwave pre-heating on five different coals.Fuel,83(2004) 1941-1947
[27]孙成功,李保庆.煤的孔结构特征对水煤浆性质的影响.燃料化学学报,1996,(05)
[28]尉迟唯,李保庆.煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响.燃料化学学报,2003,(05)
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[30]李晓玺,陈玲.微波对高链玉米淀粉颗粒抗消化性能的影响.食品科学,2007,(28)
[31]周俊虎,李艳昌,程军.神化煤微波改性提高成浆性能的研究.煤炭学报,2007,6(23)
[32]张宏梅,陈玲、李琳.微波在淀粉改性中的应用.现代化工,2001,5(21)
[34]韩德馨.中国煤岩学.中国矿业大学出版社,1996
[35]王荣杰,陈义胜,李保卫.用气体吸附法研究煤的分形维数.包头钢铁学院学报,1997,16(3)
[1]倪维斗,李政.以煤为核心的多联产系统.煤化工,2003,1
[2]吴宗鑫,吕应运.以煤为主多元化的清洁能源战略.清华大学学报,2000,15(6)
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[10]吴韬,龚欣.水煤浆气化技术及其进展.上海化工,2003.9(21)
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[15]邓世敏,林汝谋,金红光.IGCC多联产总能系统.燃气轮机技术,2002,15(3)
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[19]胡荣祖,史启祯.热分析动力学.科学出版社,2001
[20]徐建国,魏兆龙.用热分析法研究煤的热解特性.热解科学与技术,1995,5(2)
[21]崔洪,徐秀峰.煤焦CO2气化的热重分析研究.煤炭转化,1996,4
[22]周俊虎,匡建平,周志军.原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析与对比研究.燃料化学学报,2005,33(1)
[23]许越.化学反应动力学.化学工业出版社,2005