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花生壳生物炭用作高炉喷吹燃料的实验研究

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摘要

1.1 我国能源资源概况

1.1.1 煤炭资源

1.1.2 其他能源

1.1.3 我国面临温室气体减排的压力

1.1.4 低碳背景下我国能源未来发展趋势

1.2 我国生物质资源概况

1.2.1 我国花生资源的分布

1.2.2 花生壳的利用

1.3 生物质热解技术概述

1.3.1 慢速热解

1.3.2 快速热解

1.3.3 热解产物的利用

1.4 我国高炉喷吹的意义及发展现状

1.4.1 高炉喷吹燃料的意义

1.4.2 高炉喷吹技术在国内外的发展

1.4.3 高炉喷吹燃料的冶金性能评价指标

1.4.4 高炉喷吹新材料的研究进展

1.5 研究内容和技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

2.1 实验原料预处理

2.2 花生壳炭的制备

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验方法

2.3 基础性质实验检测方法及设备

2.3.1 工业分析

2.3.2 全硫测定

2.3.3 发热量测定

2.3.4 灰熔点测定

2.3.5 花生壳热解炭的红外检测

2.3.6 花生壳热解炭的电镜扫描能谱分析

2.3.7 检测仪器

2.4 花生壳热解炭燃烧性能试验

2.4.1 燃尽率概念及计算

2.4.2 沉降炉实验条件及操作步骤

2.5 热重实验

第3章 结果与讨论

3.1 花生壳炭的基础性能

3.1.1 工业分析和元素分析

3.1.2 热解终温对花生壳炭炭得率的影响

3.1.3 热解终温对花生壳炭发热量的影响

3.1.4 花生壳炭的灰熔融性

3.1.5 热解终温对花生壳炭形貌的影响

3.1.6 热解终温对花生壳炭官能团的影响

3.2 花生壳炭的燃烧性能

3.2.1 热解终温对花生壳炭燃尽率的影响

3.2.2 花生壳炭的热重分析

3.2.3 小结

3.3 花生壳炭掺混燃料的基础特性

3.3.1 掺混比对掺混燃料工业分析的影响

3.3.2 掺混比对掺混燃料灰熔点的影响

3.3.3 掺混比对掺混燃料燃尽率的影响

3.3.4 小结

第4章 结论与展望

4.2 展望

4.3 创新点

致谢

参考文献

附录1 硕士期间成果与论文

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摘要

我国的煤炭资源消费总量巨大,目前高炉喷吹燃料的主体仍为煤炭,但煤炭属于不可再生的一次能源,其加工利用过程中污染物排放量大。因此寻求可替代传统喷吹燃料的新型能源,既可缓解煤炭资源紧张又可以降低对环境的污染。我国生物质能源丰富,但利用效率较低,从而造成了大量的浪费,若能将生物质资源应用于高炉喷吹,既可以减少煤炭资源的消耗,又可以为生物质高效利用提供新途径。
  本研究选取可再生且“碳零排放”的农业生物质花生壳为原料,在热解装置中进行热解得到终温为350、400、450、500、550℃的花生壳炭,并对花生壳炭进行基础特性分析,探究花生壳炭的性质与热解终温的关系;同时进行与高炉喷吹相关的冶金性能分析、燃尽率分析和热重分析,判断其是否满足高炉喷吹对燃料的要求,并选取最优热解终温花生壳炭与混煤配合,探究最佳配比。
  研究表明:随着热解温度的升高,花生壳炭的挥发分含量降低,固定碳含量升高,灰分基本不变,炭得率降低;表面孔隙结构先变得丰富且规则,在400℃呈“蜂窝”状结构,随后逐渐变得混乱;各官能团慢慢减少最后趋于稳定,且越来越表现为芳香结构特性,在550℃红外光线基本被吸收,说明花生壳炭热解基本完成。550℃花生壳炭A5的灰分、硫含量、发热量、燃烧性能均满足高炉喷吹对燃料的要求,灰熔融性低于要求,但对比其他几种热解终温的花生壳炭为最优。掺混燃料在本研究的几种冶金性能分析基础上作为高炉喷吹燃料的最佳配比为,永城无烟煤∶神木县长焰煤∶A5=50%∶0%∶50%。

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