本文關(guān)鍵詞：褐煤提質(zhì)技術(shù)研究及其生命周期評(píng)價(jià)

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【摘要】：我國(guó)資源稟賦的特點(diǎn)是"富煤、貧油、少氣",煤炭占我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的64%,其中褐煤約占煤炭探明儲(chǔ)量的13%。我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,對(duì)能源需求日益增加,然而國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)煤炭資源供應(yīng)緊張,褐煤高效利用逐漸受到重視。對(duì)于褐煤提質(zhì)技術(shù),國(guó)內(nèi)外解決褐煤的含水率高、易風(fēng)化自燃、單位能量的運(yùn)輸成本高等問題,致力于開發(fā)低能耗(技術(shù)關(guān)鍵)、低環(huán)境負(fù)荷(環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法關(guān)鍵)的褐煤提質(zhì)技術(shù)。目前,熱解和干燥是當(dāng)前褐煤提質(zhì)技術(shù)研究和開發(fā)的主要方向。針對(duì)寶日希勒露天煤礦的褐煤,本文實(shí)驗(yàn)研究了熱解溫度、熱解停留時(shí)間等操作參數(shù)對(duì)褐煤熱解產(chǎn)物及半焦化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,熱解溫度與停留時(shí)間的增大都會(huì)促進(jìn)揮發(fā)分的析出及熱值的提高,提高熱解終溫有助于加深含氧官能團(tuán)分解程度(半焦中O/C原子比越低),O/C原子比的降低表明熱解后樣品的煤化程度增加,半焦的煤化程度隨熱解終溫的升高而升高;獲得了該煤種的熱解動(dòng)力學(xué)特性,提出了 400-640℃熱解溫度下以Dolye積分法為基礎(chǔ)的褐煤熱解動(dòng)力學(xué)模型,其中指前因子A取值0.14～0.21min-1、活化能E取值8.78～10.01KJ/mol。提出了100萬(wàn)噸/年褐煤熱解提質(zhì)技術(shù)的中試系統(tǒng)方案,并針對(duì)該方案利用Aspen軟件獲得了物質(zhì)平衡特性。搭建了 15萬(wàn)噸/年大功率微波褐煤干燥提質(zhì)的中試試驗(yàn)裝置,本文基于該平臺(tái)重點(diǎn)試驗(yàn)研究了微波干燥褐煤動(dòng)力學(xué)特性及操作運(yùn)行參數(shù)對(duì)干燥產(chǎn)物的影響規(guī)律。基于Midilli-Kucuk模型,建立了寶日希勒褐煤的微波干燥動(dòng)力學(xué)模型MR = 1.0254exp(-2.0553×t1.5687)+ 3.5356t;此外,本文研究了微波功率配比、輸送速度、煤層厚度對(duì)褐煤干燥效果(干燥產(chǎn)物水分、熱值、回吸、落下強(qiáng)度)的影響規(guī)律。中試試驗(yàn)研究結(jié)果表明,微波在有效促進(jìn)內(nèi)部水分向外析出的同時(shí),不會(huì)過度加熱物料表面,避免出現(xiàn)表面硬化(結(jié)殼),實(shí)現(xiàn)顆粒的整體均勻受熱,干燥速率和干燥品質(zhì)大大提高;微波干燥技術(shù)能夠?qū)⒑蕿?8-35%的褐煤干燥至含水率為3-20%,干燥能力范圍較寬;中試整體溫度處于低溫水平,揮發(fā)分基本不析出,能夠較好地保持煤質(zhì)和結(jié)構(gòu),系統(tǒng)安全性高;針對(duì)特定褐煤煤種,微波干燥后仍然存在自燃的現(xiàn)象;存在最佳干燥含水率,粒徑6cm的干燥褐煤水分回吸后維持在11.3%左右、粒徑1-3cm的干燥褐煤含水率維持在10.5%左右、粒徑小于1cm的干燥褐煤含水率維持在9%左右,因此工業(yè)生產(chǎn)可根據(jù)含水率的需求設(shè)置合理的褐煤粒徑。為定量評(píng)價(jià)褐煤熱解和褐煤干燥提質(zhì)技術(shù)的環(huán)境影響及經(jīng)濟(jì)成本,本文引入生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)(LCIA)研究了褐煤熱解發(fā)電技術(shù)的環(huán)境影響,掌握了影響褐煤熱解發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵因素。首先針對(duì)褐煤熱解發(fā)電系統(tǒng)確定了系統(tǒng)邊界,并建立了完備的周期清單數(shù)據(jù)庫(kù)。LCIA定量化研究結(jié)果表明電力消耗、熱解氣發(fā)電、道路運(yùn)輸、煤炭開采和直接污染物排放是影響環(huán)境的關(guān)鍵因素,減少電力消耗、道路運(yùn)輸、煤炭開采和直接排放,以及提高熱解氣發(fā)電能力是減少環(huán)境負(fù)荷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。褐煤干燥能夠有效提高褐煤發(fā)熱量,雖然需要消耗一定的電力,但是整體上對(duì)減少環(huán)境負(fù)荷是有利的。本文針對(duì)7種煤電方案開展了 LCIA分析及生命周期成本(LCC)評(píng)價(jià),建立了相對(duì)完整的周期清單,揭示了褐煤利用過程中節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié),定量獲得了7種發(fā)電方案對(duì)生命周期環(huán)境與經(jīng)濟(jì)成本的影響規(guī)律。優(yōu)化能源消耗、原料煤/褐煤的消耗是達(dá)到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)雙贏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究確定的我國(guó)褐煤提質(zhì)全生命周期過程中主要微觀變量與宏觀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)影響間的量化關(guān)系,不僅可為我國(guó)各界決策者制定關(guān)于褐煤利用的政策提供有用的數(shù)據(jù)與理論支持,還為提高能源利用效率和減少褐煤熱解與發(fā)電廠環(huán)境污染提供科學(xué)的證據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD849.2
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本文編號(hào)：1285930