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循环流化床锅炉飞灰微观特性的实验研究

作　者: 刘娟娟
导　师: 金燕
学　校: 太原理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 循环流化床锅炉飞灰氮吸附压汞扫描电子显微镜分形维数
分类号: TK227.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

循环流化床燃烧技术的优越性使得近年来循环流化床锅炉在国内外得到迅速发展,为燃煤发电提供了一条切实可行的出路。但是,目前我国运行的循环流化床锅炉中飞灰含碳量普遍高于设计值,已经成为制约其快速发展的瓶颈问题。因此,有必要研究循环流化床锅炉飞灰颗粒的微观特性,以期降低飞灰的含碳量。这样,既可以有效提高锅炉的燃烧效率,又有利于飞灰的综合利用。分形理论是一门新兴的横断学科,它为解决自然界中复杂的非线性问题提供了重要保证,该理论的引入为研究飞灰特性提供了一种新的思路,分形维数实现了对复杂事物的描述从定性分析到定量分析的转变。本文以某煤矸石热电厂75t/h的循环流化床锅炉为研究对象,采取该循环流化床锅炉除尘器后的飞灰为主要实验对象。根据建立的实验方案,对不同粒径段的飞灰分别进行含碳量测定和微观表征,并应用分形理论,分析循环流化床锅炉飞灰的微观特性,探索不同参数同分形维数的关系。作者通过分析入炉煤的粒度特性,得出该循环流化床锅炉入炉煤的粒度太粗,以致锅炉实际蒸发量达不到设计值,建议改善破碎设备,保证合适的给煤粒度。在飞灰的筛分实验和含碳量测定中,得到了飞灰的含碳量同其粒径之间具有峰值特征,其中飞灰未燃碳在粒径45-25gm和100-80gm之间出现峰值,对应的含碳量分别为11.66%和9.94%。针对上述问题,本文对不同粒径段的飞灰分别进行氮吸附实验、压汞实验和扫捕电镜实验。氮吸附实验结果表明,不同粒径段飞灰的吸附等温线均近似为第]I类,迟滞回线是多种类型的叠加；孔类型主要为锥形孔、平行板狭缝孔和墨水瓶状孔；孔径分布很宽,但未发现2纳米以下的孔。压汞法可有效测定较大孔的孔隙特性,实验结果显示,飞灰的孔径分布从几纳米至几万纳米,平均孔半径位于45μm左右；飞灰的比孔容积主要由孔径大于1 OOnm,尤其孔径大于1000nm的孔构成,而比表面积则由孔径小于l OOnm的孔组成。通过扫描电镜实验,观察了飞灰的微观形貌特征,将飞灰颗粒的形态分为三类,即密实类、层状类、多孔类；按含碳量的不同,将各粒径飞灰划分为低含碳量(F1、F2)、中含碳量(F3、F5、F9)、高含碳量(F4、F6、F7、F8)三种。作者通过对氮吸附、压汞和扫描电镜实验中得到的结果进行处理,分别计算了不同粒径飞灰的分形维数,得到了分形维数同粒径的函数关系。通过扫描电镜实验还发现了分形维数同含碳量的关系。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-13
  1.2 国内外研究动态  13-15
    1.2.1 有关循环流化床锅炉的研究现状  13-14
    1.2.2 分形及其应用的研究现状  14-15
  1.3 研究内容  15
  1.4 本章小结  15-16
第二章分形及其在实际中的应用  16-26
  2.1 分形理论的提出  16
  2.2 分形的定义及性质  16-17
  2.3 数学意义上的分形维数  17-22
    2.3.1 规则分形及其分形维数  18-19
    2.3.2 不规则分形及其分形维数  19-22
  2.4 根据实验计算分形维数  22-24
  2.5 分形理论在煤粉中的应用  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章实验方案的技术路线  26-36
  3.1 实验背景  26-27
  3.2 实验方案  27-28
  3.3 实验内容  28-34
    3.3.1 扫描电子显微镜  28-29
    3.3.2 氮吸附仪  29-32
    3.3.3 压汞仪  32-34
  3.4 本章小结  34-36
第四章飞灰微观特性的分析  36-74
  4.1 燃料成分及其粒度特性分析  36-38
    4.1.1 燃料成分分析  36
    4.1.2 入炉煤粒度特性  36-38
  4.2 飞灰粒度特性  38-39
  4.3 飞灰氮吸附实验分析  39-50
    4.3.1 吸附/脱附等温线  39-41
    4.3.2 迟滞回线  41-43
    4.3.3 孔分布  43-47
    4.3.4 氮吸附法计算飞灰的分形维数  47-49
    4.3.5 分形维数同其它参数的关系  49-50
  4.4 飞灰压汞实验分析  50-65
    4.4.1 孔与比表面积分布  51-57
    4.4.2 压汞法计算飞灰的分形维数  57-64
    4.4.3 分形维数同其它参数的关系  64-65
  4.5 扫描电子显微镜(SEM)图分析  65-72
    4.5.1 典型飞灰颗粒的SEM图  65-67
    4.5.2 不同含碳量的飞灰的SEM图  67-68
    4.5.3 不同粒径段飞灰的SEM图的分形维数  68-71
    4.5.4 分形维数同其它参数的关系  71-72
  4.6 本章小结  72-74
第五章全文总结  74-76
  5.1 结论  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
攻读硕士期间发表的论文  82

循环流化床锅炉飞灰微观特性的实验研究

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