随机孔模型应用于煤焦燃烧的动力学研究

采用热重法研究煤焦在变温和等温条件下的燃烧过程,分析升温速率和温度对煤焦燃烧行为的影响,用随机孔模型(RPM)研究煤焦的燃烧失重过程,得到了煤焦燃烧变温和等温动力学方程. 实验结果表明,变温实验中,随着升温速率的增加,煤焦燃烧的失重曲线向高温方向移动,最大燃烧速率增加,升温速率由5℃/min增加到20℃/min时,最大燃烧速率由3.2%/min增加到11.3%/min;等温实验中,随着燃烧温度的提高,煤焦最大燃烧速率增加,燃烧温度由510℃增加到630℃时,最大燃烧速率由2.1%/min增加到8.3%/min,煤焦燃烧性能得到改善. 动力学计算结果表明,RPM能较好描述煤焦变温和等温燃烧过程中煤焦转化率与温度和时间的关系,煤焦变温和等温燃烧的表观活化能分别为84.27和64.16 kJ/mol.     

内在矿物质对煤焦燃烧特性影响的实验研究

以宁夏地区两种烟煤和两种无烟煤为原料,用浮沉方法得到灰分在40%左右的煤粉,然后在马弗炉900 ℃制焦,再用HCl-HF酸制取脱灰焦.通过比较煤焦脱灰前后热重燃烧曲线的特征参数的变化和转化速率的快慢,分析了内在矿物质对煤焦燃烧特性的影响.结果表明,内在矿物对两种烟煤焦前期的着火有阻碍作用,对后期燃尽有一定促进作用;内在矿物质对两种无烟煤焦的着火有促进作用,对后期燃尽有阻碍作用.     

不同煤质煤焦燃烧模型的研究

在高温悬浮反应试验台架上,对烟煤、无烟煤、高挥发分褐煤等煤焦的燃烧模型进行了研究。通过传递函数修正后的燃尽率与时间的关系曲线与收缩核模型、收缩圆柱体模型、化学反应级数等模型进行拟合,通过相关系数来选取最合适的燃烧模型。运用这种方法求取了D烟煤、X低挥发分煤、K褐煤的煤焦燃烧模型和S无烟煤、L无烟煤等煤焦的燃烧模型。列举了D烟煤与S无烟煤煤焦燃烧模型的实验曲线与模拟曲线,并用求出的模型对同种煤焦的其它工况进行求解,所得的结果与实验的测定值比较吻合,说明了求取模型方法的可靠性。模型的正确选择为分解炉中煤粉燃烧与碳酸钙分解的耦合研究奠定了基础。     

煤焦结构及其气化反应影响因素的研究进展

简述了国内外研究中煤焦结构的研究方法,对煤焦结构研究现状进行了综述,讨论了煤焦气化剂、灰分、温度、压力、升温速率、制焦时间、变质程度和显微组分含量等这些气化反应的影响因素。因此,在气化过程中,煤焦的气化反应活性不但要考虑原煤的性质,还要综合考虑气化剂、温度、压力、升温速率、制焦时间,尤其是温度和压力在气化过程中的影响。掌握了煤焦结构的研究方法和影响气化反应的因素可以更好的对煤进行清洁利用和转化。     

内在矿物质对煤焦燃烧特性影响的动力学研究（Ⅰ）等温热重研究

选择宁夏地区2种烟煤和2种无烟煤作为实验煤样,用浮沉法得到灰分在30％左右的煤粉在马弗炉上900℃制焦,然后用化学脱灰法处理煤焦样,得到超低灰煤焦样。在WCT-2型热重分析仪上,在消除内、外扩散影响的条件下对高灰煤焦和脱灰煤焦进行等温热重实验。动力学分析的结果表明：2种烟煤焦脱灰后的活化能降低,2种无烟煤焦脱灰后的活化能升高;烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有阻碍作用,无烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有促进作用。     

随机孔模型研究煤焦O2/CO2燃烧动力学特征

在热重分析仪上对焦作无烟煤焦和云浮烟煤焦O₂/CO₂条件下燃烧特性进行研究。确定在不同温度下不同煤焦O₂/CO₂燃烧的特征。利用随机孔模型(RPM)表征两种煤焦反应速率与碳转化率的关系,同时与未反应缩核模型(Model Ⅰ)和混合模型(Model Ⅱ)的拟合结果进行比较。研究表明,在不同反应条件下,随机孔模型具有最佳的拟合效果,相关系数都在0.986以上。比较RPM、ModelⅠ和Model Ⅱ计算结果发现,焦作无烟煤焦的O₂/CO₂等温燃烧的活化能比云浮烟煤焦的高,且同一煤种燃烧反应温度越高反应速率常数越大。由于随机孔模型的结构参数ψ可以很好地表现孔结构变化对煤焦燃烧反应的影响,因此随机孔模型能更加准确地描述煤焦O₂/CO₂燃烧特征。     

神府煤粉燃烧特性

为了给煤粉锅炉用户提供煤粉优选理论依据,以煤粉锅炉主要用煤神府煤制备的煤粉为研究对象,采用TG-DTG对煤粉的燃烧特性进行研究,分析了不同煤粉及升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率提高,TG、DTG曲线向高温方向移动,煤粉的着火温度升高,最大质量变化速率增大,最大失重温度提高,燃尽指数增大;随着灰分和粒径改变,升温速率为10或20℃/min时,煤粉的着火温度变化不显著,燃尽指数及综合燃烧特性指数均有影响。灰分减小,粒径不变时,D煤粉的综合燃烧指数为1.51,优于粒径74μm、灰分9.5%的P煤粉。     

超细煤粉快速热解动力学特性实验研究

采用居里点裂解器及气相色谱仪研究了3种超细煤粉的快速热解特性。实验发现:超细煤粉挥发分的快速热解释放主要发生在升温阶段,烟煤与无烟煤挥发分中焦油的质量分数均最大,其中烟煤焦油释放量占挥发分的质量分数达到50%以上,高于无烟煤。烟煤气态挥发分中CO质量分数最大,达到40%以上,其次为CO2,然后依次为CH4、其他碳氢化合物CnHm,H2。无烟煤的CO,CO2,CH4释放质量分数基本相当,H2质量分数与CnHm接近。根据热解产物的释放数据,采用单方程反应模型计算出了煤粉升温速率、热解频率因子及活化能,为进一步研究超细煤粉的着火及燃烧提供了理论基础。     

高碳灰资源化利用过程中燃烧特性试验研究

利用STA-449C同步热分析,对比研究了高碳灰与三种典型无烟煤的着火与燃尽特性。根据热分析曲线,分别计算出了高碳灰和无烟煤的着火与可燃性指数、综合燃烧特性指数。试验结果表明:高碳灰以固定碳为主,灰分含量高,干燥无灰基挥发分极低,其着火燃烧特性与无烟煤存在显著差异。与无烟煤相比较,高碳灰着火温度与燃尽温度均为最高,可燃质燃烧速率峰值与平均燃烧速度均为最低,计算结果显示高碳灰可燃性指数与综合燃烧特性指数指标均明显低于无烟煤。通过试验基本掌握了高碳灰着火燃烧与综合燃烧特性特性,为燃煤电站锅炉高碳灰资源化利用以及与无烟煤优化掺烧提供依据。     

包含反应阶数变化的分形煤焦颗粒燃烧模型的建立与实验验证

为了深入研究煤焦燃烧的机理并提高对煤焦燃烧过程的预测精度,建立了一个综合的煤焦燃烧模型。该模型考虑了煤焦颗粒孔隙内二次反应与扩散的耦合作用、煤焦燃烧反应阶数的变化和反应过程中CO/CO₂比例等问题。使用热天平(TGA)对11种煤焦的燃烧特性进行分析,测得各种煤焦的表观活化能与指前因子,以确定模型中的待定参数。在沉降炉(DTF)中对这11种煤焦做燃烧实验,用TGA基于灰分守恒测得DTF炉管出口处的煤焦样品的转化率。运用建立的模型模拟这些煤焦的燃烧过程,预测的转化率与实验结果有较好的吻合度,相比传统的本征动力学模型,该模型预测的精度有了较大提高,证明了该模型能适用于从褐煤到无烟煤的较广煤焦范围。研究还发现,煤焦燃烧的表观反应阶数在燃烧过程中不断减小并最终趋于稳定。     

Coal volatile yield and element partition in rapid pyrolysis

The volatile yields from thirteen coals, varying in rank from lignite to anthracite, were measured under conditions of high heating rate (10⁵Ks^?1) and high temperature (1600–2400 K) representative of pulverized coal combustion and were related to coal characteristics as determined in standard laboratory tests. Positive correlations with coal reflectance and elemental composition were obtained. The distribution of coal elements between the volatiles and residual char was also investigated. The results show that hydrogen and oxygen from the coal are preferentially distributed in the volatile phase. Coal nitrogen evolution parallels the total volatiles at high temperature, whereas coal sulphur is preferentially retained in the char and no relationship between S evolution and coal rank is evident. These results are discussed in relation to the prevalent active groups in the various ranks of coal.     

煤拔头半焦燃烧特性

利用喷动载流床模拟煤拔头工艺,在550, 650, 750和850℃温度下对大同烟煤进行热解得到拔头半焦,采用非等温热分析方法对原煤及拔头半焦的燃烧特性进行了研究. 由热分析实验数据归纳提出了表征煤和半焦着火、燃烧及燃烬性能的无量纲综合燃烧指数Z. Z值越大,煤样综合燃烧性能越佳. 结果显示,大同烟煤在2℃/min升温速率下Z值为0.41;4个热解温度(由低到高)下所得拔头半焦的Z值分别为0.39, 0.35, 0.31, 0.21,且拔头半焦的燃烧性能均低于原煤,但高于阳泉无烟煤,且随热解温度升高Z值降低,燃烧反应性降低. Z值与着火温度及表观燃烧活化能表现出的反应性一致.     

铁基载氧体辅助无烟煤焦富氧燃烧动力学分析

流化床铁基载氧体辅助富氧燃烧下传统石英砂床料被铁基载氧体替代,铁基载氧体扩展了传统床料的“热载体”的功能,另承担了“氧载体”的角色,为调节炉内氧分布与煤燃烧过程匹配提供了新思路。本文在热重实验平台探究了10%O₂/90%CO₂气氛下分析纯Fe₂O₃、赤铁矿及钢渣三种铁基载氧体辅助无烟煤焦燃烧特性及动力学。结果表明,相较于纯无烟煤焦燃烧,铁基载氧体辅助燃烧下无烟煤焦的燃烧特性得到显著改善,其中燃烧速率提高29%以上,燃尽温度降低65℃以上,综合燃烧指数提升2倍以上,活化能与指前因子同步增加且表现出“补偿效应”。三种铁基载氧体中分析纯Fe₂O₃对无烟煤焦燃烧特性的改善略优于赤铁矿和钢渣,钢渣可作为流化床铁基载氧体辅助富氧燃烧的床料替代石英砂。     

Simultaneous measurement of weight loss by DTG combustion and SO2-formation for different coals

Burning profiles and SO₂-formation profiles were measured simultaneously for four different coals by slowly heating coal samples in a flow of air in a thermobalance. The profiles of weight loss and SO₂ formation have the same shape with anthracite combustion. The SO₂-formation profiles of bituminous coals usually display two peaks that approximately correspond to the release of volatile matter and combustion of char in the burning profiles. No correlations could be found between either the types of sulphur present in the raw coals or the ratio of volatile matter to fixed carbon and the shape of the SO₂-formation profiles for the bituminous coals.     

Minimization of fines generation in size reduction of coals by impact crusher

In Bubbling Fluidized Bed Combustors (BFBC) utilizing coal, efficient combustion requires that feed size of coal particles be in the maximum size range of 2 to 6 mm. This requires that the comminution process be effective. In this work, various types of coals have been comminuted in an impact crusher. The size reduction process is characterized by four process parameters and relevant properties of the coal samples. Taguchi's design of experiment was used to minimize the number of experiments done to obtain meaningful results. It was concluded from the experiments that among process parameters, RPM has a more prominent effect on generation of fines compared to feed rate, feed size and gap setting. Among coal properties, volatile matter, ash content and fixed carbon have significant effect, followed by moisture content. RPM has relatively less influence on coarse particle (> 6 mm) content. An empirical correlation has been formulated based on the data to predict the generation of fines for a given set of process parameters and physical properties of coals. The results obtained using the model was within the acceptable accuracy when compared to the experimental data. The same correlation has also been applied successfully to fit the cement production from a plant, indicating that it has merit beyond the laboratory and that the specific type of crusher is immaterial, provided the mechanism of size reduction remains the same.     

油泥焦与褐煤共燃特性及动力学

采用热重分析法研究了不同升温速率下油泥焦、褐煤及其混合物燃烧特性，并利用Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Friedma（FR）等方法计算其燃烧动力学参数。结果表明，油泥焦燃烧主要是固定碳燃烧过程，而褐煤燃烧是挥发分和少量固定碳连续燃烧的过程。褐煤比油泥焦具有更好的燃烧特性，平均活化能更低。油泥焦和褐煤共燃过程中存在明显的协同促进作用，当混合燃料中褐煤占比为75%时协同促进效应达到最强。通过比较KAS、FWO和FR的结果发现，FR法能够更好地体现反应变化的趋势，而KAS法和FWO法的结果具有较高的准确性。通过比较油泥焦和褐煤共燃动力学参数的理论计算值与实验计算值发现，利用热重分析预测混合燃料的燃烧性质具有较高的可靠性，对油泥焦与褐煤共燃技术的应用具有重要的指导作用。     

The influence of high-temperature crystallite growth and petrography of pulverized char on combustion characteristics

In this paper, Yangquan anthracite was separated into three different coal lithotypes in terms of density. The effect of high-temperature crystallite growth on char combustion of coal is characterized. It shows that there is large difference between the combustion characteristics of the two lithotypes of coal (one is <1.55 g/ml of density and the other is 1.55-1.855 g/ml), and that the development of structural ordering decrease the combustion rate to a certain degree. The precise method of using thermogravimetry analyser to study the kinetics of char combustion reaction is also discussed. Besides, a feasible measure to process the experimental data is introduced.