基于电容测试方法的麦秆灰烧结熔融特性研究

基于电容测试方法并辅以莫氏硬度对麦秆灰的烧结熔融特性进行研究。与常规热重-差热分析仪(TGDSC)测试和灰熔点测试方法相比,该方法测试便捷,得到的烧结温度(835℃)贴近气化炉内真实烧结温度。在此基础上,进一步考察温度、加热时间、气氛等影响麦秆灰熔融特性的条件。研究发现:温度是影响麦秆灰结渣与否的关键因素,在不同温度下,灰组分变化主要包括SiO_2晶体的转变以及硅铝酸盐低温共熔体的生成,到达熔融温度990℃后,长石类矿物质特征峰消失,可能与玻璃体的生成相关;加热时间不影响烧结程度,N_2气氛下麦秆灰在烧结温度下的理论烧结时间为5 min,成钾长石的反应速率高于钙长石;在CO_2、N_2、空气3种气氛中,空气气氛下烧结温度略低,主要是因为在氧化性气氛下,麦秆灰更易于形成硅酸钾等低温共熔体。     

生物质炭化成型燃料直燃特性分析

以棉杆和木屑为原料制备生物质炭化成型燃料(biomass carbonized forming fuel,BCFF).对成型燃料进行了热重分析,选择温度为550,℃、700,℃和850,℃的灰样进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、灰熔融实验.TG实验表明:BCFF燃烧过程经历吸热失水、挥发分析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个阶段.XRF分析表明:随灰化温度从550,℃升高至815,℃,K减少了56.2%,,Na减少了26.5%,,Cl减少了75%,,而Ca增加了41.6%,,且在700~815,℃之间K、Na、Cl元素损失最大.XRD分析表明:BCFF燃烧灰样的成分主要是石英、单钾芒硝、钙沸石、索伦石、方镁石和硫酸盐等.温度从550,℃升至700,℃时,灰样中KCl消失和出现了钙沸石;升至815,℃时,索伦石消失,分解生成氧化钙、氧化硅、氧化铝等稳定的高温共融体.研究结果可为生物质锅炉燃料选择方面提供理论依据.     

杜仲药渣与煤的混烧特性及灰熔融特性研究

本文采用热重分析仪分析了杜仲药渣和石下江煤的混合样品的燃烧特性,采用灰熔点测试仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪及扫描电子显微镜对混合物灰样的灰熔融特性变化进行了分析.结果表明:药渣掺混比为40%时着火温度最低;加入90%药渣时,稳燃性指数、综合燃烧特性指数、最大燃烧速率和平均燃烧速率值均达到最大,燃尽温度最小;在杜仲叶渣和煤的共燃过程中,发生了协同作用,生成了一些新的矿物质,混合灰样的灰熔融温度随着药渣质量分数的增多而减小.     

XAFS法研究煤灰熔融过程中Fe元素形态的变化

采用上海同步辐射光源X射线吸收精细结构谱对还原性气氛下高灰熔点和低灰熔点煤灰样的熔融过程进行了观察.结果表明:煤灰熔融过程中Fe的价态形式由Fe3+向Fe2+转变;高灰熔点煤灰样在熔融过程中Fe的价态变化大多发生在900~1 300℃的温度段,Fe由四面体配位向八面体配位转变;低灰熔点煤灰样熔融时,一部分Fe首先形成四面体配位,然后再向八面体配位转变;Fe元素的这些形态变化在熔融过程开始之前就已经发生;低灰熔点煤灰样在熔融过程中第1层配位Fe—O结构发生了明显变化,而且只发生在完全熔融时刻,而高灰熔点煤灰样则没有明显观察到此配位结构的变化.     

生物质与烟煤灰的理化特性及混合灰熔融特性研究

文章利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线荧光衍射仪(XRD)、灰熔融特性分析仪对4种生物质(海草、梨木、榛子壳、稻秆)灰与神木烟煤灰的混合灰的熔融特性进行了研究。研究发现:水生生物质(海草)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度先升高再降低;两种木本生物质(梨木和榛子壳)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度逐渐升高;草本生物质(稻秆)灰的掺混对混合灰熔融特性温度的影响与水生生物质灰类似。由XRF分析可知:Na2O和CaO对于混合灰的熔融特性温度有更明显的影响,随着混合灰中Na2O含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐下降;随着混合灰中CaO含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐上升。由XRD结果可知:水生生物质灰在高温下容易形成熔点较低的碱金属硅酸盐,使混合灰的熔点降低;木本生物质灰中的CaCO3含量较高,能够提高混合灰的熔点;草本生物质灰与水生生物质灰类似,含有的低熔点碱金属硅铝酸盐使混合灰的熔点降低。     

煤燃烧过程中复杂气氛下的灰熔融特性

针对煤燃烧过程中复杂气氛下灰熔融特性,开发了气氛可控的灰熔融特性测试平台,研究了反应气氛对两种不同Fe含量的煤样灰熔融特性的影响;在不同气氛的高温(1,100,℃)条件下制取灰样,并采用XRD(X射线衍射)分析,获得不同气氛下矿物演变的规律.结果表明,在空气中O_2转化为CO_2的过程中,灰熔点基本不变;在N_2、CO和CO_2体积分数分别为80%,、5%,和15%,的弱还原性气氛时,灰熔点大幅度降低,高铁煤降低更为明显;当气氛的还原性继续增强,灰熔点反而上升.在弱还原性气氛下含Fe矿物被还原,形成了低熔点Fe~(2+)化合物,是弱还原性气氛下灰熔点降低的主要原因,而在强还原性气氛下Fe~(2+)化合物继续被还原为Fe单质,使灰熔点上升.     

CaO对煤灰熔融特性的影响

气流床气化炉采用液态排渣,高熔点煤灰不能满足排渣要求,煤灰的结渣问题和灰熔融性有很大关系。为研究CaO对煤灰熔融特性的影响规律,在煤灰中添加不同比例的CaO并对灰熔融温度进行测试。使用扫描电镜能谱仪对试样进行元素组成分析和微观形貌观察,使用X-射线粉末衍射仪分析灰样中矿物质变化。结果表明,随着CaO添加比例的增大,煤灰熔融温度先降低后增高。CaO添加比例从0增加到30%时,高温下高熔点的钙长石含量降低,生成大量低熔点的钙铁榴石,灰熔融温度逐渐降低。CaO添加比例继续增加,高熔点的硅钙石含量增多,灰熔融温度逐渐升高。对本研究煤种,CaO添加比例为30%时,降低灰熔融温度效果最好。     

麦秆灰与SiO_2混合物的高温粘结特性

利用差示扫描量热分析法(DSC),对麦秆灰和SiO2的混合物在程序升温和降温过程中的热量变化进行了分析。分析结果表明:麦秆灰和SiO2的混合物的熔融不是在一个确定的温度上,而是在642～917℃出现多个吸热峰,且存在峰重叠;DSC吸热峰的温度区间与灰样的主要失重区域对应的温度区间基本重合。灰样发生明显失重的同时,熔融蒸发等相变现象在此温度区间发生。应用X射线衍射方法(XRD)对850℃和880℃下麦秆灰以及麦秆灰与SiO2的混合物的物相进行分析。分析表明,掺有石英砂的麦秆灰比单纯的麦秆灰在同一温度下更容易粘结;混有SiO2的麦秆灰样主要成分为SiO2,K2SO4,KAl(SiO3)2和CaSiO3。     

酒糟在流化床中燃烧特性的试验研究

利用X射线荧光光谱仪、灰熔点仪和热重分析仪等对酒糟的灰成分、灰熔点及着火温度进行了测试,并在小型流化床试验台上进行了酒糟燃烧试验,对不同含水率酒糟的着火特性、烧结特性和NOx排放质量浓度进行了研究.结果表明:酒糟灰中K2O和Na2O的含量很低,只有4.936%;酒糟灰的软化温度较高,高于1 290℃;干燥酒糟的挥发分较高,高于250℃就能够着火燃烧;当石英砂的平均粒径为300μm、流化床内的流化速度大于0.36m/s时,流化状况良好;在900℃下,酒糟在石英砂流化床中燃烧不会出现烧结现象;在不同的燃烧温度下,NOx排放质量浓度均较大,且随着燃烧温度的升高而增大;酒糟可以在石英砂流化床中燃烧,且燃尽效果良好.     

桉树类生物质燃烧飞灰可燃物含量分析方法研究

通过灰成分分析、热重-差示扫描量热-傅里叶红外光谱分析联用(TG-DSC-FTIR)试验,对桉树类生物质锅炉燃烧后飞灰可燃物含量的分析方法进行了研究.结果表明:桉树类生物质燃烧后飞灰中含有多种金属化合物,在空气高温加热过程中会同时发生缓慢氧化反应、碳酸盐分解反应、碱金属氯化物的蒸发过程,影响其中可燃物含量的准确测量;灰中可燃物燃烧温度约在350~550℃范围内,采用低浓度硫酸酸洗对灰样进行预处理,可排除碳酸盐分解反应、碱金属及氯元素的蒸发过程对可燃物含量测量的干扰,且以10K/min及以下的低升温速率加热时灰样中化合物不会发生缓慢氧化反应,使灰中可燃物含量测量结果较为准确.     

利用TG/DSC方法研究麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物的高温熔融特性

利用热重差示扫描量热分析法(TG/DSC)对麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物的高温熔融特性进行分析。通过引入模型化合物分析得出:麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物在620~700℃内存在KCl和CaCl2混合物的共熔反应,熔融的KCl和CaCl2在800~900℃的温度区间开始转移到气相中。在空气气氛中,麦秆灰中的K2CO3与SiO2发生化学反应,生成K2SiO3,在901~1039℃的温度区间麦秆灰中的K2SiO3发生熔融。麦秆灰与石英混合物相对于单独的麦秆灰,KCl和CaCl2的熔融峰的温度区间无明显区别,而硅酸盐的初始熔融温度明显降低。     

新疆棉杆直燃特性分析

为实现新疆棉杆的生物质能合理利用,以新疆乌苏市皇宫镇的棉杆为典型样本,进行生物质燃烧特性研究。对棉杆样品进行了工业分析和热重分析,对其燃烧产物-灰样进行熔融烧结实验和汞含量分析。利用X射线荧光光谱仪对完全燃烧温度分别为400、600、800℃的灰样的微量元素成分进行分析,并对灰样中重金属汞含量进行测定。研究发现:棉杆的燃烧过程经历了2个失重峰值,当燃烧温度到达800℃时,棉杆的失重率几乎为零;灰样中K元素含量随温度升高而减少;Cl元素含量在燃烧温度为400和600℃时基本一致,当燃烧温度升高到800℃时,Cl几乎全部析出,灰样中的其它元素含量基本没有变化。400℃灰样中金属元素主要以碳酸盐、硅酸盐和氯化物的形式存在;600℃时灰样中形成的化合物较为复杂;800℃灰样中金属元素主要以氧化物的形式存在。棉杆中的汞含量远低于现有电站的燃煤含量,其燃烧的固体产物灰中的汞含量也比煤灰少。     

中药渣灰熔点及结渣特性试验研究

以六味地黄丸、杞菊地黄丸、香砂养胃丸和逍遥丸4种中药渣为研究对象,利用马弗炉在两个温度下成灰,测定不同温度下的灰熔点,并对灰样进行X射线荧光和衍射分析,研究4种中药渣的结渣特性。结果表明:4种中药渣在两个成灰温度下的灰软化温度均高于1194℃;600℃时灰中碱金属含量比815℃时高,碱金属主要以硫酸盐、盐酸盐、氧化物的形式存在,碱金属与Si、Al生成低熔点共晶体会显著降低灰熔点;4种中药渣结渣倾向均为严重。     

富氧燃烧方式下神华煤熔融特性实验研究

选用马弗炉和平面火焰携带流反应器(FF-EFR)开展了神华煤在不同气氛下的灰化实验,利用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(TG/DSC)、扫描电镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对收集到的灰样进行表征,探究了神华煤灰熔融性温度低的原因,考察了灰熔点温度和灰分中矿物质成分含量受气氛的影响.结果表明,神华煤灰熔点普遍偏低,主要原因在于煤中存在大量的Ca和Fe,参与反应产生各种低熔点化合物;传统方式测得灰熔点可以代表实际锅炉中燃煤灰熔点,但不能直接表征高氧浓度燃烧反应时灰分实际熔融性特征;不同气氛下主要燃烧产物种类不变,区别在于富氧燃烧时会产生在空气中燃烧时没有的Ca CO3,从而降低富氧条件下灰熔点并加重结渣情况;富氧条件下Fe矿物形态相对空气气氛下玻璃体更多,赤铁矿更少,这些原因导致神华煤在富氧条件下结渣更严重.     

煤粉特征温度及热量释放特性

通过热重和差示扫描量热(TG-DSC)同步热分析仪在空气气氛条件下研究不同煤阶煤粉的燃烧特性.将煤粉在挥发分燃烧及焦炭燃烧过程分为4个不同的反应区域.研究得出,煤粉低温氧化主要从150~200,℃区段开始显著发生,200,℃之前,不同加热速率下的煤粉低温氧化并无明显区别;随着煤阶的增加,吸氧增重量逐渐降低;煤粉在挥发分燃烧及焦炭燃烧区段内对应的最大热流量均随加热速率的增加而增加,且释热加速度也随之增加;相同加热速率下,煤阶增加导致释热加速度减小.煤粉在高温段氧化最大热流值对应的温度Tmax、着火温度Ti、强着火温度Tig及其他特征温度均随加热速率及煤阶的增加而增加.     

低熔点多元混合熔盐的制备及其性能研究

为了获得聚光型太阳能热发电用的更低熔点熔融盐储热传热材料,采用材料掺杂改性方法,在Li NO3-KNO3-Ca(NO3)2三元低熔点共晶混合盐中加入Na Cl,制备了Li NO3-KNO3-Ca(NO3)2-Na Cl新混合熔盐。对新混合熔盐分别进行了DSC熔点测定、TG动态热稳定测定、48 h静态热稳定测试和熔盐液态密度测定。DSC实验结果表明,新混合熔盐的熔点为109.3℃,比原三元混合熔盐的熔点(117.2℃)降低了7.9℃,对应的相变潜热为48.6 J/g;TG动态热稳定和静态热稳定实验表明,新混合熔盐的热稳定温度为500℃,比原三元混合熔盐的热稳定温度(450℃)高50℃;液态密度实验发现,该混合熔盐在180~500℃时的液态密度为1.7~1.9g/cm3。     

生物质玉米芯热解动力学实验研究

以玉米芯为对象,利用热重-质谱联用技术,以高纯氩气为载气对其进行了详细的热重分析研究。通过对10℃/min和30℃/min升温速率及其不同温度下的失重曲线分析,发现玉米芯的主要失重温度区间为200~400℃,峰值温度为328~345℃。随着升温速率的提高,玉米芯热解的初始温度升高,热解向高温侧移动。同时通过质谱分析获得了温度和升温速率对热解气化产物的影响规律。在此基础上建立了热解动力学模型,并根据实验数据对模型进行了求解,结果表明玉米芯热解在低温段属一级反应而在高温段属三级反应。     

烟煤与玉米秸秆混烧灰熔融及黏温特性研究

针对烟煤掺玉米秸秆不同比例制成的灰样,采用电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对其组分和矿物结晶相进行分析;并通过灰熔融性测定仪、高温黏度计对灰熔融特性和黏温特性进行探究。研究表明:掺混比低于50%时,随掺混比增加混烧灰组分无明显变化,白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强度增强,石英衍射强度减弱,混烧灰熔点平缓下降;掺混比大于50%后,K_2O、CaO、MgO含量明显增加,Al_2O_3、SiO_2含量快速减少,白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强度持续增强,石英衍射强度逐渐消失,混烧灰熔点大幅下降。酸碱比曲线与ST、HT、FT曲线变化趋势相近,G_(si)曲线能较好的反映临界黏度温度曲线趋势。灰中K_2O、Al_2O_3、SiO_2等含量的变化引起灰熔点和灰黏度变化。     

泰国生物质燃料的燃烧特性分析与锅炉设计建议

针对泰国的生物质燃料稻壳、玉米芯、甘蔗渣、棕榈纤维、棕榈壳、棕榈油串和桉树皮,给出了它们的元素分析、工业分析和灰熔点分析。结果表明,稻壳与棕榈壳的水分低、热值高,灰的流动温度高于1 300℃。玉米芯、棕榈纤维和棕榈油串的Cl含量均超过0.1%,灰的流动温度在1 000~1 200℃。甘蔗渣和桉树皮的净热值在6 845~7 638 k J/kg,灰的流动温度高于1240℃。根据燃料特性,提出了有关锅炉设计的建议措施。     

稻壳与木屑燃烧和灰结渣特性对比分析

分别从稻壳和木屑的工业分析和热重试验分析其着火特性和燃烧特性,再以稻壳和木屑分别在600、800℃成灰灰样为研究对象,通过射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)进行研究分析,从微观角度对稻壳、木屑燃烧和灰熔融特性进行深入研究。研究发现:稻壳比木屑更难于着火,其着火温度高且燃烧性能差。XRD分析数据显示:稻壳在600℃下成灰灰样未成晶相,在800℃下成晶相较好,其物相以石英和方石英为主,存在少量莫来石晶体;600℃下制成的木屑灰中主要存在SiO_2、CaO和CaCO_3,而800℃下制成的木屑灰中SiO_2和CaCO_3,两种灰中还存在少量CaSO_4、K_2SO_4、Al_2O_3等晶相结构。XRF分析数据显示:稻壳灰中SiO_2含量较高,而木屑SiO_2和CaO含量较高,木屑和稻壳含有少量K碱金属,600℃下制成的灰中含有少量Cl元素,而800℃下未检测出Cl元素。稻壳和木屑中硅铝比较大,碱金属含量较低,根据煤炭标准的综合判别指数分析得出,稻壳和木屑在600、800℃成灰灰样结渣均较严重。