超细煤粉着火特性的热重分析

采用热重法,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对超细煤粉着火特性和燃烧特性的影响.实验结果表明,减小煤粉粒度,增大氧气浓度有利于降低煤粉着火温度,增大煤粉的燃烧速率,提高超细煤粉燃烧性能.升温速率对煤粉的燃烧特性也有影响,随着升温速率的提高超细煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高.     

煤矸石绝热氧化的失重阶段及特征温度点分析

为研究煤矸石绝热氧化过程的具体失重阶段和失重特征温度点,采用综合热分析仪研究了不同工况下氧气浓度和升温速率对煤矸石绝热氧化进程的影响。实验结果表明:煤矸石在不同工况下的绝热氧化失重过程可划分为4个阶段,即外在水分失水失重阶段、内在水分失水失重阶段、挥发分燃烧失重阶段和固定碳燃烧失重阶段。在同一氧气浓度（20%）下,随着升温速率的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向高温区偏移,4个阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）随升温速率的增大而线性增大,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的最大燃烧速率呈增大趋势,但各个阶段的质量变化基本相同。在同一升温速率（10.0 ℃/min）情况下,随着氧气浓度的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向低温区偏移,外在水分和内在水分失水失重阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）和失重质量基本不受氧气浓度增大的影响,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）随氧气浓度的增大而降低。     

添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学

采用热重分析法考察污泥、煤粉以及两者混合样品的燃烧特性,通过着火温度(Ti)、燃尽温度(Tb)以及综合燃烧特性指数(S)的变化,进一步研究添加剂对污泥-煤粉混合燃烧特性的影响,并探讨催化燃烧机理。结果表明:添加污泥能够降低煤粉的Ti,加速煤粉热解燃烧,改善煤粉的燃烧性能;但当污泥掺混比10%时,混合样品的最大失重速率降低,Tb升高,综合燃烧性能S变差。CaO,Na_2CO_3能够促进挥发分析出燃烧,并带动后续固定碳的燃烧,因此混合样品的燃烧速率提高,燃烧时间缩短,综合燃烧性能改善;MnO_2,Fe_2O_3对混合样品的无明显催化作用,且降低了混合样品的最大燃烧速率。同时,动力学分析表明添加CaO,Na_2CO_3能够减小燃烧体系的活化能,而添加MnO_2和Fe_2O_3对混合样品的表观活化能无明显影响。     

生物质与煤混烧的热重-红外试验研究

利用TG-FTIR对生物质、煤及其混合物的燃烧过程及燃烧产物进行分析,研究了生物质添加比例、升温速率、氧气浓度对燃烧过程的影响。结果表明,生物质的加入可以有效改善样品的燃烧性能,提高样品的燃尽性能。提高生物质添加比例,可以降低燃烧气态产物中CO与CO₂的比例,提高燃料利用率。提高升温速率和氧气浓度,可以提高生物质与煤混合物的燃烧速度,缩短燃烧时间,改善生物质与煤混合物的燃烧性能,有利于燃烧反应的进行;同时,燃烧气态产物中CO所占比例逐渐减小,CO₂所占比例逐渐增大,提高了燃料的燃尽率。     

成庄矿3#煤矸石特征温度的热重实验研究

采集成庄矿3#煤矸石样,通过对其进行不同粒度、不同氧气浓度和不同升温速率的热重实验,分析出煤矸石氧化燃烧过程中9个特征温度,即高位吸附温度T1、临界温度T2、干裂温度T3、活性温度T4、增速温度T5、着火温度T6、最大失重速率点温度T7、失重转折点温度T8和高温阶段最大失重速率点温度T9,并确定出了相应的温度范围.根据实验得到的48组不同的TG、DTG和DTA曲线分析得出:在升温速率和粒度不变的情况下,随着氧气浓度的升高,T1及在T1上的失重量基本不变,其余温度及其温度所对应的失重量降低,最终产物的质量比亦增大;在升温速率和氧气浓度一定的情况下,随着煤矸石粒度的增大,T1、T2、T3、T8和T9升高,但对于T4、T5、T6及T7影响很小.     

生物质与煤混烧燃烧特性参数研究

应用TG-DTG热重分析方法研究分析煤与生物质的混合燃烧过程,考查了生物质占比、O2浓度、升温速率对煤与生物质混合燃烧特性参数的影响。结果表明,生物质掺入煤中可以改良原煤的燃烧性能,增加生物质占比、O2浓度、升温速率都可以改善煤的着火性能、燃尽性能及综合燃烧性能,有助于燃烧的进行。     

非定温热分析法在煤粉燃烧动力学研究中的应用

利用热重分析仪对煤粉进行了热失重实验研究,并获得了相应的热重特性曲线。采用单个扫描速率的Coats-Redfern法、多重扫描速率的FWO法和Starink法3种典型的热分析方法求取了各样品的动力学参数。采用热重分析仪对煤粉颗粒燃烧特性实验分析表明,样品燃烧活化能随升温速率的增大而下降,并且同一升温速率下样品的活化能随反应进行而不断减小,在反应将结束时略有增加;应采用单重升温速率法和多重升温速率法相结合来分析煤粉的燃烧机理。     

煤粉粒度对神华煤热解及燃烧特性的影响

采用瑞士梅特勒公司生产的TGA/SDTA851e热重分析仪器研究了4种不同煤粉粒度神华煤的热解、燃烧特性,考察了粒径及升温速率对热解和燃烧的影响。采用不同的升温速率制取两组焦样,进行热天平燃烧实验。用特征温度表征燃烧过程特性,分析燃烧规律的变化。实验结果表明,随着制焦时煤粉粒径的减小,煤焦的着火温度提前,燃烧的剧烈程度增加,燃烧的稳定性和燃烬程度得到了改善。由于挥发分的存在,煤粉燃烧过程中粒径对于难燃质燃烧的影响较小。     

外加高岭石对配煤燃烧特性的影响

以典型动力煤山西无烟煤和韩城瘦煤为原料,采用化学脱矿、热重分析等方法研究了外加高岭石对配煤燃烧特性的影响。结果表明,随高岭石含量的增加,配煤的TG曲线逐渐变得平缓,最大失重速率减小,降幅达40%;高岭石添加量为10%时,配煤的着火点有最低值328℃,较原配煤降低21℃,之后呈上升趋势,但都低于原配煤的349℃;配煤的最大燃烧速率减小,峰值温度增大,燃尽率及转化速率降低。高岭石的存在阻碍了配煤前期的燃烧反应但有利于后期的燃尽。     

低升温率下油煤浆与水煤浆的燃烧特性

采用国产示差热天平对不同浓度的油煤浆和水煤浆在低升温率下的失重和与参考物的温差进行测定,将结果与所用煤粉和渣油的失重和温差相比较。由此可以看出:油煤浆和渣油的着火特性相似,且随油煤浆中煤粉浓度的提高,油煤浆的燃尽时间有所延长,但仍较燃煤所需时间为少;水煤浆在开始时需要相当热量以蒸发其所含水分,在水分含量低于30％时,从水煤浆受热后的失重和温差曲线上看,尚影响不大,若水分含量再增加,则可能对着火及燃烧带来一定的困难。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

生物质燃烧模式及燃烧特性的研究

采用TG-DTG-DTA（热重－微分热重－差热）热分析联用技术研究了两种生物质的燃烧模式和燃烧特性.考察了着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数；计算了综合燃烧指数和燃烧动力学参数.结果表明，两种生物质在燃烧模式上存在差别，生物质的着火温度在280 ℃左右，燃尽温度在500 ℃左右，生物质的综合燃烧特性指数明显高于煤的综合燃烧指数，生物质的燃烧过程可以用一级动力学方程描述.     

生物质/烟煤粉体燃料在空气分级燃烧下NO排放特性研究

为了对小型生物质/煤粉工业锅炉低氮燃烧提供理论指导,采用两段式滴管炉试验系统模拟粉体工业锅炉热态环境,研究了生物质与煤在不同配风燃烧方式下的NO排放特性,考察了掺混生物质种类、生物质质量掺混比、配风比、过量空气系数等因素对NO排放量、燃料氮转化率以及对燃烧效率的影响。结果表明:在分级配风和单级供风条件下,煤粉掺烧生物质粉都有助于降低燃料氮向NO的转化率。相对于单级供风,分级配风可以降低燃料氮向NO的转化率,且存在NO排放最低的最佳配风比。但分级配风对燃料燃尽有负面影响,分级配风对粉煤燃尽的影响程度要大于对生物质粉的影响程度。对于分级配风和单级供风,增加过量空气系数有助于各种燃料的燃尽,但各燃料氮转化率均随过量空气系数的增加而上升。     

煤特征放热强度的实验研究

通过煤自燃程序升温实验，测定出煤体的耗氧速度、CO和CO2的产生率，采用键能平衡法推算煤体的最大和最小放热强度，并通过与相关大型煤自然发火实验结果的关联分析，建立了煤体实际放热强度与最大和最小放热强度的函数关系，提出了表征煤体低温氧化放热性且仅与煤体破碎程度和氧气浓度有关的综合指标——特征放热强度.然后根据不同粒度和入口氧气浓度不同条件下程序升温实验的结果分析，得出表征煤体自燃性的强弱——煤体特征放热强度与粒度和入口氧气浓度的实验关系式，从而为定量判定不同条件下煤体自燃性的大小提供理论依据.     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

煤自燃过程中活化能计算实验研究

自燃倾向性反映了煤自燃的难易程度,是反映煤由最初的吸氧生热到开始加速氧化这一变化过程的过程量,而活化能恰恰是一个可以衡量该过程难易程度的过程指标。采集了佳瑞煤矿15^＃煤层煤样,采用差示扫描量热仪进行了不同煤样粒径、不同升温速率和不同氧气浓度下的煤低温氧化热分析实验。根据Arrhenius方程,分析了煤氧化反应的特点,推导出了煤低温氧化过程活化能计算方法。依据该方法计算了不同实验条件下的煤低温氧化的活化能。实验结果表明:煤样粒径越小,煤的活化能测算值越小,越易着火,即自燃倾向性增大。升温速率越大,煤样的活化能测算值越大;煤的活化能随着氧气浓度的减小而增大,即自燃倾向性减小。     

半焦燃烧及煤热解燃烧耦合试验研究

为了考察冷半焦、预热半焦及煤热解燃烧耦合所产半焦在循环流化床中的流态化特性和输运特性、燃烧特性及污染物原始排放特性,在循环流化床热解燃烧耦合试验台上进行了冷半焦燃烧、预热半焦燃烧及煤热解燃烧耦合试验研究。研究结果表明,3种类型半焦在燃烧炉炉膛内的流态化特性较好,0~4 mm的预热半焦和粒径0~4 mm煤热解所产半焦均能顺畅通过热解炉与燃烧炉之间的输运通道进入燃烧炉;半焦燃烧时能在燃烧炉炉膛内形成上下均匀的温度场,且随一次风率增大,温度分布更均匀;3种类型半焦的燃烬特性较好,燃烧效率都在99.68%以上;随燃烧炉温度升高,N2O排放值减少,NOx和SO2排放值增加,随二次风比例增大,NOx的排放值降低,SO2排放值升高,N2O的排放值变化不明显。