梅的燃烧特征和Taru盆地煤在流化床燃烧室

文摘

煤炭储量在梅和Taru Kitui和肯尼亚Kilifi县估计提供超过4亿吨。新发现,它们的属性进行了使用ASTM标准,而流化床燃烧器的燃烧特性进行了研究(流化床燃烧器)。近似分析Mui1、Mui2 Taru煤炭样本如下:水分含量3.75,5.48和3.53%;挥发分59.25、58.05和55.10%;灰分9.25、11.48和24.63%;和固定碳的27.80、25.00和16.75%,分别。最终分析Mui1、Mui2 Taru煤炭样本如下:硫wt. % 1.94, 1.89,和1.07;碳65.68、60.98和51.10%;氢5.97、5.70和5.09%;氮0.92、0.94和1.00%; and oxygen 11.62, 12.33, and 11.13%, respectively. Temperature–weight loss analysis showed that for Mui and Taru basin coal, devolatilization starts at 200°C and 250°C, and combustion was complete at 750°C and 650°C, respectively. The maximum temperature obtained in FBC was 855°C at 700 mm height, just above the point of fuel feed, while the minimum was 440°C at height of 2230 mm. Maximum pressure drop was 1.02 mbars at 150 mm, while minimum was 0.67 mbars at 700 mm from the base. Gross calorific values were Mui1 coal, 27090 kJ/kg (grade A), Mui2 coal, 25196 kJ/kg (grade B), and the Taru coal, 21016 kJ/kg (grade C). Flue gas analysis for Taru and Mui coal gave hydrogen sulfide as 20 ppm and 6 ppm, maximum carbon monoxide of 2000 ppm at 600°C, and a decrease in oxygen as combustion progressed to a minimum of 15%, followed by an increase to 20.3%, suggesting depletion of coal. Based on the findings, the coal samples were suitable for commercial use.

1。介绍

能量的一个关键部门对任何给定地区的发展(1]。与肯尼亚的愿景20302),这个国家已经更多地投资于能源,以满足未来的需求增加。近年来,肯尼亚政府一直热衷于增加可再生能源的份额的一代混合(3]。然而,随着化石燃料的国家的发现包括煤矿在Kitui梅Taru基利菲县盆地图尔卡纳县石油和天然气在瓦,这是转向一个混合的方法包括发展可再生能源植物和化石燃料发电机(4]。在2019年11月,肯尼亚有2651 MW电力电网连接(5]。地热铅44%超过水电(33%)和热(11%)曾从干旱和全球燃料价格影响,分别(6,7]。增加数量的能源,煤是政府正在探索的,因为它是更便宜比水电和地热尽管已知的对环境的负面影响,如代的温室气体,二氧化碳,和空气污染由于硫氧化物、氮氧化物、煤尘、煤燃烧废物,和煤炭污泥(8]。

煤是黑色可燃沉积岩的形成由于连续暴露在高温高压等古代植物树木,蕨类植物和苔藓生长在沼泽的沿海地区海岸线。过渡阶段煤的形成泥炭、褐煤、亚烟煤,烟煤和无烟煤9]。无烟煤是最富碳,moisture-deficient形式的煤和热值最高(10]。煤是世界上最丰富的化石燃料,它广泛用于行业对全球经济做出重大贡献(11]。是开采的商业目的在50多个国家和70多个国家使用。世界上每年要消耗58亿吨煤,其中大约75%用于生产电力的12]。根据国际能源署,这个需求预计增长约60%在接下来的30年特别是在发展中国家。在肯尼亚,煤炭主要使用的水泥制造商补充重油加工热(13]。总共537359吨煤进口和消费在肯尼亚到2016年排名世界第81位(14]。肯尼亚发现商业数量的煤四个煤炭勘探区块之一梅盆Kitui县,位于内罗毕,东北200公里的储备估计超过4亿吨(15,16]。煤的另一个主要发现是Taru基利菲和Kwale县盆地的资源预计将超过270亿美元(17]。煤炭,因此,有一个角色在未来几年向可持续能源。根据2013最低成本电力发展规划,煤预计到2030年至少提供4500兆瓦的电力(13]。特征属性(直接、最终和temperature-weight损失分析)和梅的流化床燃烧特点和Taru盆地的商业可行性研究评估两个煤。

2。材料和方法

流化床燃烧室(流化床燃烧器),硅砂筛分析,和平均粒径为325μ米被用作床材料,自300年沙颗粒大小- - - - - -在流化床燃烧器(3毫米是最好的18]。低压降,床层高度是0.1米,相当于0.00177米³沙(19]。

煤是来自梅(Mui1和Mui2)和Taru Kitui和基利菲县。

其他设备用于本研究包括数字气体分析仪(Altair 5 x)分析氧气、一氧化碳、可燃物,烟气和硫化氢,人工神经网络(ANN)模型(20.)来确定元素中的有机成分煤样品,PTC炉(Carbolite Gero)近似和temperature-weight损失分析。

流化床燃烧器燃烧室直径0.15米,高度2.5米,配备4双电线圈加热器来帮助燃烧。燃烧室的燃料供给是美联储在料斗和流到电气、水冷式,螺旋加料器。烟气通过课程和细粒子分离器之前被释放到大气中,如图1。

2.1。流化床燃烧器校准

流化床燃烧器是校准的进给速率,温度和压力沿柱长度。

对进给速率校准,螺丝是断开流化床燃烧器和煤炭输入(g / min)测量每分钟螺钉革命(RPM) 10, 20、30和40。结果如图所示2。

图2显示相关的线性关系 在哪里Y是进给速率(g /分钟。)xRPM。

流化床燃烧器的温度校准期间,压缩机、风扇和加热器的开启,只有床材料燃烧室。沿燃烧室温度室被传感器:T₁,T₂,T₃,T₄。最高温度是由传感器记录的T₄和稳定在700°C;这是紧随其后的是T₂在535°CT₃在500°C,至少T₄,稳定在346°C,如图3。

压力测量,压力传感器P₁,P₂,P₃,P₄给的压力。

在P₁四个地点的最低点,最高压力的压力,1.02 mbars。这是由于这一事实从压缩机进入的空气是第一个收到。值相对较低,因为压缩机的能力。

最低压力,0.67 - -0.68 mbars,记录P₂,这是点相邻的饲料;在这一点上,压力急剧下降,因为它干扰了燃料供给。P₃和P₄有压力mbars mbars 0.97和0.81,分别。

聚集行为涉及燃烧煤炭在恒定的温度和压强下,然后仔细检查排水材料(21),如图4(一)和4(b),由传感器温度变化记录T₁,T₂,T₃,T₄从煤燃烧数据所示5和6。结果如图7。

2.2。直接,最终,Temperature-Weight损失分析

近似分析是按照ASTM (d - 3172)标准使用烤箱和数字重平衡。在硫的分析,数字弹式热量计(Toshniwal)使用,而对于temperature-weight损失分析,2 g的煤燃烧炉(Carbolite Gero批)和减肥表示为原始重量的百分比。

3所示。结果与讨论

3.1。近似分析

近似分析结果组成的含水率(MC)、挥发性物质(VM),灰分(A),固定碳含量(FC)煤炭样品的质量百分比表1。

煤高MC加热时间长,消耗更多的能源和挥发物的形成(22];这个负面影响GCV [23VM),而高导致缓解点火,自燃反应性增加,但它需要一个更大的燃烧室在流化床燃烧器和炉(11,24]。灰分含量高导致熔渣,在燃烧反应速率下降,环境污染25];这可能是Taru煤的情况。梅煤热值可能高于Taru煤由于FC (26,27]。

3.2。最后分析

元素分析结果组成的碳(C)、矿物质(MM)、氧气(O)、氢(H)、硫(S)和氮(N)在表2。

热值的年代大约三分之一的热值相同数量的单位(碳28]。梅和Taru煤硫中硫煤(29日),略高于Waterberg和印度的1.49和0.6 (wt. %),分别为(22,29日]。碳的主要热源会计在60%和80%之间褐煤和无烟煤。氢占大约5%的煤元素成分,及其热值略高于4倍的热值相同数量的碳虽然部分氢与氧结合形成水减少用于热的一代。煤中的氧气与碳结合,部分氧化,因此减少燃烧性(28]。矿物质是煤炭的无机元素结合有机元素。这种材料的起源是煤形成的植物材料(30.]。通常情况下,氮在煤是0.5 - -2%,低于1%无烟煤和沥青(1.5 - -1.7531日]。正如前面所讨论的材料和方法,安被用作基础在分析C,毫米,O,分析了H和N, S数字弹式热量计。

燃烧的煤电厂站导致15 - 30%的氮含量没有被转换_x(32];因此,氮的质量百分比表2,没有_x可以被估计。总重量的₂的计算方法是用19乘以给定样本中硫含量的煤和总样本的重量烧(33]。在表的年代2因此,所以₂在任何数量的梅和Taru煤可以估计在需要时。

3.3。估计梅和Taru盆地煤的热值

总热值(GCV)是通过多变量线性回归方程23]:

这导致6474.78千卡/公斤(27090.48 kJ /公斤)Mui1煤炭、6021.95千卡/公斤(25195.84 kJ /公斤)Mui2,和5022.91千卡/公斤(21015.86 kJ /公斤)Taru盆地煤。这些都是给定的表3。

分级的煤炭因此给Mui1甲级,Mui2煤为乙级,而Taru盆地煤在于C级(34]。

3.4。Temperature-Weight分析

结果从temperature-weight分析如图7。

从图7有无关紧要的减肥第一50°C。在50到100°C,有2.95,4.32,和2.59%的损失;这是由于水分损失和干燥燃烧开始前(21)和一个微不足道的变化到150°C。这是紧随其后的是液化作用;这里,碳质物质分解热释放挥发物的可燃(35]。有机化合物分解导致组件气体。有快速减肥的82.24、79.72和70.27%到650°C Mui1, Mui2,分别和Taru煤。煤高温燃烧,由于高密度的密集粒子(36]。在650°C和950°C,有非常小的减肥。在这一点上,char燃烧结束;比例是9.23,11.48,24.77%,Mui1, Mui2,和Taru约等于的灰分含量达到近似分析的结果。

3.5。在流化床燃烧室温度变化

在连续燃烧煤炭的两个样品从梅和Taru盆地,结果都被记录下来,然后分别绘制如图5。

从图5,概要文件的温度传感器位于不同区域显示一致性崛起和高原在150左右^th分钟梅和Taru煤。最高温度是由传感器记录的T₁855和854°C,T₂670和661°C,T₃621和631°CT₄440和475°C的梅和Taru煤,分别。温度的变化在不同的床高度最高(152°C)T₁和至少T₄(94°C);T₂和T₃135°C和118°C,分别为梅煤。类似的趋势观察Taru煤。这表明,最高气温上升是在燃烧。不稳定燃烧发生在干舷(21),可能为什么最高温度T₁这是略高于基础燃烧煤炭。请注意,一旦温度传感器电加热器被关闭T₁,T₂,T₃,T₄703、535、503和346年,分别。

3.6。检查排水材料后流化床燃烧器中燃烧

流化床燃烧器被冷却一段时间后关闭加热器,下阀打开,和一起燃烧燃料床材料排水和检查,如图4。

敏锐地观察了材料从流化床燃烧器燃烧煤和床材料后,粒子被认为由材料在熔融状态。这是在煤炭样本类似。这表明集聚的证据是说发生在煤的灰熔融状态的变化在非常高的温度和保持床层物料在一起(37]。

3.7。烟气分析

气体分析仪的结果在不同温度水平图所示6。气体分析包括硫化氢、一氧化碳、氧气和可燃物的比例水平。

从图6(一)H₂年代Taru煤最大(20 ppm)在500°C,而梅煤是最大在750°C (6 ppm)。H₂和多硫化合物从年代通过化学转化由细菌可在地下水;它们是有毒的,会导致设备腐蚀,气味,和排放,影响环境和人类38,39]。

对于如图6 (b),大幅增加200°C和450°C之间梅煤和逐步增加Taru盆地煤温度在300°C和600°C。最高水平的公司记录的2000 ppm梅煤,同时观察公司的687 ppm Taru盆地样品。在煤的燃烧,烟气的浓度随温度的增加而著称。一氧化碳比例最高的形式,因为它是形成于非常大量的40]。CO的浓度高于150 - 200 ppm可能导致昏迷和健康问题,尤其是对相关疾病患者。例如化石燃料煤燃烧时,一氧化碳和二氧化碳排放。房子这些气体造成温室效应(41]。因此他们需要存储或分居在臭氧层浓度降到最低。为了实现这一点,需要燃烧这些燃料(煤)在氧气的条件下提高。

氧水平记录在一开始是20.3%,如图6(c),这大约是大气中的氧气水平。这逐渐随着燃烧持续下降,与Taru煤记录最大下降达15%。消耗的氧气在燃烧与不同煤不同排名甚至在相同的温度;然而,变化是非线性的;也许,这就是为什么我们有不同级别的氧气在相同温度不同的煤样42]。在数据6(一),6 (b),6(d),在烟气组分气体的数量在上升。在燃烧的煤,反应往往会发生。这些包括氧气的物理吸附,化学吸附的氧气导致复杂的化合物(coal-O₂),最后氧化过程,燃烧热煤与氧气反应导致烟道气体如二氧化碳,一氧化碳,和水蒸气25]。总有部分增加的碳燃烧氧气的浓度高时在给定的混合气体(41]。指图6(c)、最高燃烧的三个样品煤发生了500°c到650°c, Taru煤炭样本记录更多O₂消费。这因此表明部分Taru煤燃烧是多梅煤在相同范围内的温度。氧气后升至近水平大气水平,这意味着煤用完了;因此,没有更多的氧气被消耗。

从图6(d),观察可燃物的比例水平上升的煤炭样本。Taru煤炭,增加比例的可燃物指出从150°C,小高原在200°C和另一个在350°C,它大幅上涨后400°C达到最高水平的58%在450°C和后来在500°C大幅降至零。

可燃物的比例水平上升期间,有提到下降百分比的O₂。这意味着O₂被利用在可燃物的燃烧煤炭。的比例水平O₂开始下降在350°C和大大在450°C可燃物的比例水平最高(58%)。Mui1 Mui2样本显示,可燃物的比例逐渐上升温度从300°C最多达到14%至750°C和650°C,分别。O的比例最低₂,Mui2煤Mui1为18.5%和17.9%,达到600°C。像Taru煤的情况下,这表明氧气可燃物更被过度使用。相比之下,这两个地区的样本,这是梅和Taru Taru煤炭可燃物多,最高在58%相比,梅煤样品可燃物最多达到14%。因此,这意味着需要更多的氧气Taru完全燃烧的煤比梅所需煤。数据图6被不断拍摄和记录实验正在运行。这是理想的检测烟气百分比的变化。

4所示。结论

新发现的煤炭在梅和Taru Kitui和肯尼亚Kilifi县开设了肯尼亚的新化石燃料资源。燃料特性和流化床燃烧器的燃烧特性进行了研究,建立煤炭的商业潜力。近似分析表明,FC和VM(质量%)的Mui1˃Mui2˃Taru和(质量%)不同Taru˃Mui2˃Mui1。MC的样品没有遵循这一趋势。最后分析(质量%)给C和H的趋势Mui1˃Mui2˃Taru和MM和N Taru˃Mui2˃Mui1。例外是Mui2 O和美国最高热量值后预期的顺序:Mui1˃Mui2˃Taru。加热时减肥的研究显示亲密行为对所有样本350°C,此后,Taru样本显示较低的损失更高的a .所有样品显示类似的温度曲线和聚集在流化床燃烧器。烟气分析显示更好的燃烧行为梅煤和高氧要求Taru类似燃烧。所有的样品证明了商业开发潜力;然而,梅煤被发现比Taru煤。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章,可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者深刻地承认非洲开发银行的金融支持和帮助的能源获取煤为研究样本。

引用

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