煤泥和原煤的燃烧动力学特性实验研究

利用热重分析法,研究了煤泥和原煤在不同升温速率与不同氧体积分数下的燃烧特性差 异。结果表明:升温速率的增加能够提高着火温度与燃尽温度,升温速率越快,着火温度与燃尽温度越高,燃烧特性指数越大,燃烧特性越好;综合燃烧特性指数S与氧体积分数呈线性关系,相同升温速率下,氧体积分数越高,燃烧特性指数越大;相同条件下原煤的燃烧特性参数要远大于煤泥,且氧体积分数对原煤燃烧特性参数的影响小于对煤泥的影响;煤泥的活化能分布随氧体积分数的增加先增大后降低,而原煤的活化能分布随氧体积分数的增加一直增大;提高升温速率与增加氧体积分数均有助于原煤和煤泥的燃烧,且煤泥受氧体积分数的影响更加明显。     

含氮低热值气体燃烧NO_x排放特性研究

对燃用生物质等含氮固体原料低热值气化燃气时NO_x的排放特性进行实验研究。利用NH_3作为燃气中的含氮组分模化物,与多种组分气按比例掺配组成人工燃气,考察含氮燃气在预混燃烧和强制对流扩散燃烧条件下,NH_3质量浓度、燃烧温度、过量空气系数对NO_x排放的影响。结果表明:含氮燃气燃烧产生的NO_x主要是NO,生成的少量NO_2主要由NO氧化形成;随NH_3质量浓度增加,NO排放质量浓度增加,但是NH_3转化为NO的比例降低,预混燃烧比强制对流扩散燃烧条件下NH_3向NO的转化率高;预混燃烧条件下,温度越高NO排放质量浓度越高,而强制对流扩散燃烧时,NO排放质量浓度在低温区随温度升高而升高,但是在高温区有降低趋势;过量空气系数对强制对流扩散燃烧条件下NO排放的影响大于预混燃烧,过量空气系数对2种燃烧条件下NO_2的排放都有促进作用;在一定的燃烧温度和NH_3质量浓度下,分级燃烧组织中存在一个合适的预混比40%,使得NO的排放质量浓度最低。     

煤泥热解产物析出特性热质联用实验研究

利用热重-质谱联用技术对煤泥热解特性进行研究,分析含水率和升温速率对煤泥热解产物析出现象的影响。结果表明:主要热解产物依次为CH4、HCN、CO2、C3H7+、C2H6、C3H5+,其析出温度均分布在350~650 ℃和650~900 ℃;含水率对热解产物的析出特性影响较小,CH4、HCN、C2H6与C3H5+析出强度峰值在500 ℃左右,CO2及C3H7+的析出强度峰值分别在500、700 ℃左右;升温速率对热解产物的析出特性影响较明显;随着升温速率提高,产物析出峰值均向高温区段移动,4种热解产物的析出强度均呈增大趋势。     

CO_2气氛影响烟煤流化床热解特性的实验研究

为了考察不同浓度的CO_2气氛对煤热解特性的影响,该文以陕西榆林烟煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展实验研究。考察了CO_2气氛浓度对半焦、焦油、热解水和热解气体产物产率的影响。另外以600℃为例,考察了CO_2气氛对焦油组分、半焦表面官能团、半焦孔隙结构、元素组成和燃烧特性的影响。各温度下,热解产物半焦产率随CO_2浓度的提高而降低,在较高温度下(700和800℃)降低作用更明显。当CO_2浓度较低(10%)时,焦油产率受其影响不大,继续提高CO_2浓度时焦油产率有所提高而热解水产率受CO_2浓度的影响较小。热解气中CH_4产率随CO_2浓度的提高而提高,CO产率受CO_2浓度影响在800℃下最为明显。CO_2浓度越高H_2产率越低,C2~C3气体产率越高。提高CO_2浓度能减少焦油中重质组分相对含量,增加酚类的相对含量。半焦表面官能团中,CO_2浓度的提高抑制了羰基分解成CO_2,—OH伸缩特征峰随CO_2浓度的提高而减弱。半焦热重燃烧特性实验表明,随着CO_2浓度的提高,半焦的着火温度、最大燃烧速率对应温度以及燃尽温度都有所降低,而较高浓度(40%)下这一作用有所减弱。     

富氧气氛下循环流化床中生物质与煤矸石燃烧污染物排放研究

为研究富氧气氛下生物质与煤矸石混合试样在循环流化床中燃烧污染物排放特性,利用36 kW/h循环流化床试验台,分别在空气、21%O_2/CO_2、30%O_2/CO_2和40%O_2/CO_2气氛下进行生物质与煤矸石的混合燃烧试验,考察燃烧气氛和生物质含量对污染物排放和炉内温度的影响。结果显示:21%O_2/CO_2气氛下较空气气氛下烟气中的NO和SO_2排放量更低、CO排放量更高,相同高度下炉膛温度更低;在O_2/CO_2气氛下,随着氧气浓度的提高,烟气中NO和SO_2排放量逐渐升高,相同高度下炉膛温度逐渐升高;在相同气氛下,随着生物质含量的增加,CO排放量逐渐升高,SO_2排放量逐渐降低,炉膛中下部温度逐渐升高、中上部温度逐渐降低。     

生物质热解焦吸附模拟烟气中SO2和NO的实验研究

以麦秆、稻秆、棉花秆、玉米秆和稻壳等5种生物质原料为对象,在热解温度Tp 673~1 073 K范围内,采用快速热解和慢速热解方式制备了生物质焦,利用固定床吸附反应装置研究了焦粒粒径、热解温度、热解速率、烟气组成、吸附反应温度和生物质种类等因素对生物质焦吸附模拟烟气中SO2、NO的影响。结果表明:生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量随着生物质焦粒径的减小而增加,但其增加趋势逐步减小。随着热解温度升高,生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量均呈现先上升后下降的趋势。快速热解生物质焦对SO2和NO的单独吸附效率和吸附量均高于慢速热解焦。生物质焦对SO2和NO的吸附效率和吸附量均随着吸附反应温度的升高而下降。生物质焦对SO2吸附能力显著优于吸附NO的能力,模拟烟气中SO2组分对NO吸附具有显著促进作用。SO2和NO同时吸附时,WS-RP873型生物质焦对SO2的吸附量较单独吸附时减少了22.3%,但其对NO吸附量却提高了112%。在Tp 873K快速热解条件下,各种生物质焦对SO2吸附量顺序为麦秆焦>玉米秆焦>稻秆焦>稻壳焦>棉花秆焦,对NO吸附量顺序为麦秆焦>稻秆焦>玉米秆焦>稻壳焦>棉花秆焦。     

氧量对典型生物质燃烧特性的影响

采用热重-质谱联用仪对稻秆、玉米秆和玉米芯3种生物质的燃烧特性进行了实验研究,讨论了氧量对其燃烧特性的影响,提出采用相对失重速率来描述其燃烧特性指数。结果表明：氧量对燃烧模式有一定的影响。稻秆和玉米芯燃尽温度受氧量影响明显,而玉米秆则相反。对于同一种生物质,随着氧量的增加,综合燃烧特性指数增大,各气体析出温度范围减小,析出终温增大,氧量对3种生物质主要燃烧气体产物析出的影响程度依次为：稻秆>玉米芯>玉米秆。3种生物质的燃烧过程可采用2段1级反应模型来很好地描述,在不同氧量条件下,3种生物质的燃烧活化能E与指前因子A存在动力学补偿效应。     

热解温度对神府煤热解与气化特性的影响

采用大容量加压热重分析仪研究了不同热解温度(500, 650, 800 和1 000 ℃)与压力(常压、3 MPa)下神府煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪等分析仪器对所得煤焦的物化特性进行了详细分析。发现高温有利于挥发分的析出,使得煤焦产量快速降低;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,同时煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的孔隙表面积和孔容随热解终温的升高先增大后减小,在800 ℃(常压)和650 ℃ (3MPa)取得最小值。热解温度和压力对煤焦的气化活性也有显著的影响。采用常压热重分析仪在1000 ℃下分析了煤焦的CO2等温气化特性。常压热解焦的CO2等温气化活性随温度升高而降低,而加压热解得到的焦有不同的趋势,说明压力和温度对煤粉热解和气化的影响有一定交互作用。     

不同气氛下煤粉燃烧硫氮污染物析出的特性研究

利用水平炉在O2/N2气氛和O2/CO2气氛下煤粉燃烧进行了实验研究,对煤中硫氮排放特性进行了比较分析。发现较高温度下无机硫产生SO2较多,出现峰值的时间提前。温度升高NOx转化率增加。相同温度下,O2/CO2气氛下SO2、NO排放峰值较低。不同CO2浓度下SO2排放变化不大。挥发分NO析出几乎无影响,而焦炭NO峰值随CO2浓度升高呈减小趋势。提高O2浓度对有机硫析出的影响不大,而无机硫生成SO2的时间提前,峰值提高。NO生成峰值生成时间均提前。静态实验结果表明新型燃烧方式有利于降低SO2和NO的排放。     

固定床神华烟煤高温中速热解特性研究

本文研究了中速热解过程中神华烟煤的组分析出规律,基于管式炉获得了不同热解压力和温度情况下神华烟煤的热解产物,分析了其热解机理。同时,对热解组分分布、产量和热解失重率规律进行研究。结果表明:在高升温速率下（可达100 K/s）,热解失重率随热解温度的升高而不断增加,随热解压力升高而降低;热解气组分以H₂和CO为主,CH₄和CO₂次之,C₃H₈和O₂含量几乎接近于零,析出顺序不尽相同,析出曲线表现为单峰或双峰分布;热解压力会对组分析出峰产生较大的影响;热解气产量随热解温度升高而增大,但其与热解压力呈非线性的变化关系。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性

为研究O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性,在沉降炉上通过模拟电厂混煤掺烧的实际工况,分析了过量空气系数α、CO_2体积分数、炉膛温度以及燃料比对单煤及混煤燃烧时SO_2排放特性的影响。结果显示:(1)α由0.8增至1.4,所选煤种SO_2的排放质量浓度(以下简称"排放浓度")越大,CO的排放浓度越小;(2)O_2/CO_2气氛下SO_2排放浓度低于O_2/N2气氛下SO_2排放浓度,降低量约为10%;(3)随着反应气氛里CO_2体积分数由20%增加至50%,所选煤种SO_2排放浓度均逐渐降低,CO的排放浓度均逐渐升高;(4)随着炉膛温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N2气氛下SO_2排放浓度均增大,不同气氛、不同升温段时SO_2排放浓度曲线斜率变化不同;(5)燃料比越小,煤粉燃烧越好,燃料中S向SO_2的转化率越高,而高温富氧下,燃料含S量越高,SO_2排放量也越高,但S向SO_2的转化率下降。     

流化床温度下石油焦焦炭与NO反应动力学研究

基于石油焦焦炭的物理化学特性，利用升温热重技术，研究了流化床温度条件下的NO与石油焦焦炭间的多相反应动力学特性，并考察了热解终温以及燃烧过程对该反应的影响。结果表明，在流化床温度下，焦炭对NO的还原反应活性主要由其孔隙结构决定，石油焦焦炭与NO之间多相反应属于内扩散控制。采用Coats-Redfern法分析了升温热重数据，3种不同石油焦焦炭(JMc，GHc，WHc)的动力学机理分别为1-(1-X)4, 1-(1-X)3和-ln(1-X)3，活化能分别为192.17、198.33 和207.7 kJ·mol-1。热解终温的变化对焦样的活性基本没有影响，而反应活性随燃烧的进行有所改善。     

N_2/CO_2气氛下含油污泥热解特性实验研究

含油污泥成分复杂、性质变化大、有毒物质含量高,可采用热解技术实现减容无害化处罪。基于热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了某含油污泥在N_2/CO_2气氛下的热解特性。结果表明:含油污泥热解过程主要分为低沸点烃类物质(300~500℃)的析出、无机碳酸盐(500~800℃)以及重质油等长链稳定有机大分子(900~1 100℃)的分解3个阶段;利用Coats-Redfern方法,求得含油污泥主要热解阶段的动力学参数,发现高温段的活化能高于中、低温段;N_2/CO_2气氛对中、低温段热解过程影响不大,但是在CO_2气氛下高温段的活化能明显增加;热解产物FTIR分析得出其析出气体主要以CO_2、CO以及CH4等轻质气体为主;在高温段,有大量的甲基化合物析出,且CO_2气氛对其生成有明显的促进作用。     

K_2CO_3对秸秆类生物质热解气相产物析出特性及动力学研究

生物质由纤维素、半纤维素和木质素3种主要成分组成,碱金属盐对三组分热解起到不同的催化作用。利用微型流化床反应器研究在550～750℃下K_2CO_3对玉米秸秆及其三组分热解气体析出特性的影响,并采用等温模型积分法获得气体组分的动力学参数。结果表明:在三组分催化热解过程中,K_2CO_3的加入使低温时生成CO、CO_2的转化率加快,而高温时则使CO、CO_2的转化率减慢。此外,玉米秸秆的热解气体析出行为与三组分略有不同,说明三组分之间存在着交互作用,共同影响玉米秸秆整体热解行为。在等温动力学分析过程中发现K_2CO_3对玉米秸秆及三组分的不同气体的活化能影响并不一致,进而证实不同气体组分的生成机理不同。     

O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性试验研究

针对电厂混煤掺烧实际情况,在沉降炉上,对单煤及其混煤燃烧NO排放特性进行研究,分析过量空气系数a、CO_2质量浓度、燃料比FC/V以及温度对NO排放特性的影响。结果表明:随着a由0.8增至1.4,实验所选煤种NO的排放质量浓度均逐渐升高,CO的排放质量浓度均逐渐降低,且烟气中CO的质量浓度越高,NO的排放质量浓度就越低,煤粉混烧可以改善污染物排放特性;O_2/CO_2下,NO排放质量浓度低于O_2/N_2下NO排放质量浓度,其降低量约为30%~40%;随着CO_2质量浓度由20%增至50%,实验所选煤种NO排放质量浓度均逐渐降低,CO的排放质量浓度均逐渐升高,其变化幅度均不大;随着温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N_2下NO排放质量浓度均增高,相同温度、煤种下,O_2/N_2下NO排放质量浓度高于O_2/CO_2下NO排放质量浓度,不同气氛、不同升温段,NO排放质量浓度曲线斜率变化不同;在低、高温下,随FC/V的增大,NO排放质量浓度变化趋势不同;高温下,燃料含氮量越高,则NO排放质量浓度也越高,但转化率下降。     

烟煤煤粉及热解产物对NO的还原特性实验研究

在固定床反应器中，不同温度下将烟煤煤粉及其热解产物分别对NO进行还原性实验，研究了热解气体、焦炭以及煤粉的还原作用。结果表明，煤粉在不同温度下析出的热解气体因组成不同而具有不同的还原性。随温度升高，热解气体和焦炭的还原效果均越好。同温度下，在反应前期热解气体对NO的还原作用优于焦炭对NO的还原作用，后期则后者优于前者。煤粉对NO的还原效果均比同温度下的热解气体或焦炭的单独还原效果好，但比各自单独还原的效果总和要差，这是因为同时存在同相还原和异相还原以及二者相互竞争的影响。煤粉还原反应的前期同相还原起主要作用，后期则异相还原起主要作用。加速煤粉热解气体和焦炭的分离有利于煤粉对NO的还原。在煤粉再燃区，没有燃烧的煤粉对NO的还原贡献更大。     

O_2/CO_2气氛下煤/生物质混燃特性实验研究

采用热重分析仪分别研究了不同煤种(烟煤、贫煤、无烟煤)与生物质(稻壳)的混燃特性,分析了燃烧气氛(O_2/CO_2、O_2/N_2)、生物质掺混比例、氧体积分数对煤与生物质混燃的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性以及动力学特性的影响。结果表明:1)在O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下,煤与生物质混燃的失重变化趋势相似;但在O_2/CO_2气氛下,煤与生物质混燃的失重速率和固定碳燃烧反应活化能均低于O_2/N_2气氛,综合燃烧特性较O_2/N_2气氛差;2)掺混生物质可以改善单煤的燃烧特性,相比于单煤,煤与生物质混燃的着火温度和燃尽温度降低,煤粉的燃烧特性有所改善;3)随着生物质掺混比例的增加,煤与生物质混燃特性进一步得到改善;4)氧体积分数提高,煤与生物质的混燃速率增大,其着火和燃尽温度降低,综合燃烧特性改善,但在煤的固定碳燃烧阶段,燃烧反应活化能和指前因子增大;5)在煤的固定碳最大燃烧速率对应温度附近,混合燃料反应活化能小于单煤燃烧反应活化能,随着生物质掺混比例的增加,混合燃料反应活化能进一步减小。     

碱金属钾对麦秆水蒸气气化制取富氢气体影响

主要研究碱金属盐对生物质催化气化制氢的影响。以K_2CO_3为催化剂研究气化温度和水蒸气生物质比对麦秆水蒸气气化影响时发现在低温、低水蒸气量条件下,K_2CO_3对麦秆热解的催化作用占主导地位;随气化温度和S/B的增加,K_2CO_3对麦秆焦的水蒸气气化催化作用逐渐增强,在700℃、S/B为4时达到最大,得到最大H_2浓度和产量;随气化温度继续增加,K_2CO_3和SiO_2反应生成没有催化作用的、低熔点的钾盐,导致K_2CO_3逐渐失活,在800℃时由于灰的熔融甚至抑制麦秆的水蒸气气化制氢。不同赋存形式的钾盐对麦秆的水蒸气气化有不同的催化效果,K_2SO_4和KCl都会抑制氢气生成而促进焦炭产生;与此相反,K_2CO_3和CH_3COOK都会显著促进麦秆的水蒸气气化制取氢气,并且K_2CO_3的催化效果要优于CH_3COOK。     

麦秆热解过程中氮迁移特性的试验研究

在氩气气氛下，利用热重-傅里叶红外光谱联用技术研究麦秆热解过程中含氮气体NH3、HCN、NO及HNCO等的析出及分布特性。揭示生物质挥发分中含氮化合物的主要存在形态和转化率。结果表明：热解条件影响生物质燃料氮的析出分布。升温速率提高，NH3及HCN的析出总量减少，但NO及HNCO的析出总量呈增加趋势；麦秆粒径增加，热解产生的含氮气体的析出量减小。NH3所占份额增加明显，HCN/NH3质量比减小。粒径越小，HNCO及NO在含氮气体中所占份额越大；热解终温升高，NH3及HCN的析出量增加，HNCO及NO的析出量减小。低温热解，残留在焦中的氮含量较高。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。