桦甸油页岩半焦燃烧反应动力学研究

模拟巴西PETROSIX炼油工艺自行设计搭建实验装置,对桦甸油页岩干馏制得半焦。对不同干馏终温半焦进行电镜扫描测试,从微观角度分析了挥发分的析出和干馏半焦的结构变化过程;采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris1TGA热重分析仪,对桦甸油页岩干馏半焦进行燃烧特性试验研究,并分析了桦甸不同矿区油页岩半焦、干馏终温、和燃烧升温速率等对半焦燃烧反应特性的影响。通过数据分析,利用Coats-Redfern法确定了桦甸油页岩半焦在低温段的燃烧反应级数为3,而在高温段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

油页岩及其半焦混合燃料燃烧特性试验研究

用热重-红外联用仪对油页岩及其半焦混合物的燃烧特性进行了动态分析,考察了掺混比例以及升温速率对燃烧的影响,得到了温度范围为30～850℃,在20,50和80℃/min三种不同升温速下的燃烧特性曲线。油页岩及其半焦混合物的整个燃烧过程分为燃烧低温段(着火温度Ti～500℃)、过渡段(500～680℃)和燃烧高温段(680～850℃)3个阶段。随着掺混油页岩比例的增大,混合物着火温度随挥发份含量的增加而明显降低。升温速率越高,所需要的温度和热量越大,峰温移向更高的温度。同时利用傅里叶变换红外光谱仪对燃烧生成气体进行了实时分析。采用二元一次线性回归法得到混合物燃烧反应动力学参数。在低温段活化能和频率因子随着升温速率的增加而降低,而在高温段则随着升温速率的增加而增大。计算结果为油页岩及其半焦混合物的有效开发和经济利用提供了理论基础。     

煤及其低温灰的热重实验研究

对神府、小龙潭、阳宗海煤及其对应低温灰进行了热重实验。结果表明：低温灰热重曲线与煤的热重曲线有一定的共性，均表现出比较明显的4个DTG峰；通过分析2种不同气氛下煤及其低温灰的热失重过程，发现与O2/N2气氛燃烧情况相比，O2/CO2 气氛下煤的着火温度Ts、最大失重速率所对应的温度Tm、燃尽温度Th都有所降低，但降低的程度不大，均在10%以内，而不同气氛对低温灰失重过程的影响没有明显的规律性；升温速率对热重曲线有较大的影响，随着升温速率的提高，热重积分曲线向高温区移动，微分曲线最高峰的位置也向右偏移，峰值增加，最大失重速率相应提高；在高温区，煤中的固定碳对矿物质的蒸发过程的影响不大，O2/CO2气氛对矿物质的蒸发有一定的抑制作用。矿物质的蒸发量随升温速率的提高而增加。 关键词：；；；；；；     

燃烧工况对烘焙木球高温单颗粒燃烧特性的影响

选择直径4mm的原生与260℃烘焙1h后的荷木球作为原料,在模拟工业锅炉实际燃烧条件的单颗粒燃烧器中进行不同工况下的燃烧实验,以研究烟气温度、流速和氧浓度对单颗粒荷木球着火、挥发分燃烧和焦燃烧时间的影响。此外,编写了图像识别程序对工业摄像机拍摄的焦燃烧视频进行识别。研究表明,随着烟气温度、流速及氧气浓度的增加,荷木球的着火、挥发分燃烧和焦燃烧时间都呈下降趋势。编写的MATLAB程序能够准确识别挥发分燃尽时间及焦燃尽时间,从而测出焦颗粒燃烧过程中,每一时刻的面积变化。此外,升高烟气温度和氧浓度均能显著消除烘焙后热解焦燃尽困难的问题,而气体流速的作用类似但不明显。     

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。     

秸秆与油页岩干馏残渣混合燃烧动力学实验研究

用热重仪对桦甸油页岩干馏残渣和玉米秸秆混合物的燃烧特性进行了动态分析,考察了掺混比例以及升温速率对燃烧的影响,得到了温度范围为40～850℃,在10、20、50和80℃/min 4种不同升温速下的燃烧特性曲线。油页岩干馏残渣和玉米秸秆混合物的整个燃烧过程分为燃烧低温段(着火温度～400℃)、中温段段(400～650℃)和燃烧高温段(650～850℃)3个阶段。随着玉米秸秆掺混比例的增加,燃烧的主要反应段由高温段向低温段过渡。升温速率提高,着火温度随之升高,峰温移向更高的温度。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法得到混合物燃烧反应动力学参数。随着玉米秸秆掺混比例的增加,混样挥发分析出阶段的活化能和频率因子呈增加趋势,而焦炭燃烧阶段的活化能和频率因子呈下降趋势。     

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。     

燃烧中气化半焦孔隙结构特性变化实验研究

针对工业气化炉二级旋风分离器捕集的气化后半焦,利用高温携带流反应器进行高温燃烧反应特性实验。对1273和1573 K两个温度,5%和20%两个烟气含氧量,在反应器轴向不同停留时间下采得半焦样。采用自动吸附仪(ASAP 2020)测定半焦样氮吸附等温线,对氮吸附等温线形态、BET比表面积及BJH孔容积等孔结构参数进行了分析,并结合分形维数测量和扫描电镜对燃烧过程中气化半焦孔隙结构变化规律进行研究分析。研究表明所采集的半焦样吸附等温线为典型Ⅱ类吸附等温线,高温和较高烟气含氧量对半焦孔隙结构变化有促进作用,半焦燃烧反应中比表面积变化趋势与半焦燃烧反应速率变化趋势相似,后期燃尽速率主要由焦炭本征反应活性决定。     

Ca、Mg含量对超细煤粉燃烧特性的影响

利用热天平研究了Ca、Mg添加量对超细脱灰煤粉(铁法煤)及Mg添加量对铁法原煤燃烧特性的影响.实验结果表明,脱灰处理可明显降低煤的着火温度、提高燃尽率、减小活化能,改善燃烧特性.CaO和MgO添加量较低时,其对脱灰煤样的燃烧特性影响不大;当CaO和MgO添加量达到一定值后,CaO可抑制脱灰煤粉着火;MgO可促进脱灰煤粉和原煤的着火,但抑制固定碳的燃烧;当MgO的添加量增加到0.8%时,原煤的最大失重速率和达到最大失重速率时的温度显著降低,燃尽率仅为原煤的73.33%.     

生物质与煤掺烧的实验研究

利用热重分析法,在不同条件下,对单一生物质、煤及其混合物的燃烧特性进行分析,研究了阳泉煤、稻壳、麦秆和松木屑的挥发分初析温度、挥发分最大释放速率、固定碳最大燃烧速率、燃尽温度等燃烧特性参数。由实验得知,生物质的燃烧时间比煤提前,生物质在燃烧过程中有两个明显的失重阶段,而煤只有一个明显的失重阶段。通过掺混可以使煤的着火时间缩短,着火温度降低,延长了整个燃烧的温度区间,使煤能更好地燃尽,使燃料的燃烧特性得到了优化。     

高温管式炉煤粉燃烧NO排放规律研究

利用自制等温实验台炉模拟炉膛高温环境,研究了高温度1150～1550℃下煤粉燃烧特性,并同步测量了NO的生成量。结果表明：高温环境下煤粉燃烧可分为两个阶段,即挥发分和焦炭燃烧阶段。高温段显示提高温度可以较好地改善燃烧特性,同时温度由1150℃增加到1250℃时,燃烧失重速率增加幅度较其他温度区间大。NO瞬时排放浓度随燃烧经历了一个先增大后减小的过程,且峰值在燃烧过程前期。煤化程度越高,煤粉不能快速完成燃烧,焦炭中含N量大,释放缓慢,不能形成有效还原性气氛,使得总体NO排放较多。高温1550℃由空气产生的热力型NO高达3．5×10^-3mg／s。     

峰谷形燃烧对炉内燃烧特性影响的数值模拟

为了深度降低燃煤锅炉的NO_x排放,需要对常规低NO_x燃烧方式做进一步优化。对某采用低NO_x燃烧技术的超超临界锅炉进行数值模拟,研究了“峰谷形燃烧”模式对炉内温度场、组分场、燃尽率和底渣量的影响,并与常规低NO_x燃烧模式进行了比较。结果表明：在保持还原区及燃尽区过量空气系数不变的前提下,“峰谷形燃烧”模式可以较常规低NO_x燃烧模式更进一步降低NO_x排放,不会对整个炉膛内的燃烧、温度分布、炉底渣量和煤粉的燃尽产生明显的影响;某优化工况下,炉膛出口NO_x含量可以较常规低NO_x燃烧模式深度降低达12%。     

某600 MW锅炉低NOx燃烧数值模拟研究及优化

某600 MW亚临界锅炉低氮燃烧改造后存在局部高温腐蚀现象严重、再热汽温偏差较大的问题。通过数值模拟研究了二次风存在的不均匀性对锅炉贴壁还原性气氛、炉膛出口煤粉燃尽率、烟气温度偏差以及炉底渣量的影响,并对托底二次风量进行了优化。结果表明,通过提高二次风量均匀性,后墙绝大部分区域平均CO体积分数从4%降至3%,煤粉燃尽率、炉膛出口烟温偏差也得到改善,但炉膛出口NO_x体积分数略有增加;托底二次风量增加后,底渣量大幅降低,冷灰斗区域高温腐蚀现象亦有望得到改善。     

超临界和超超临界锅炉煤粉燃烧新技术分析

分析了我国超临界和超超临界锅炉采用的新型煤粉燃烧技术。其主要特点体现在采用了不同的综合性技术构思实现煤粉着火初期低氧燃烧和采用多级配风及NOx还原技术实现低污染排放;在燃烧器内采用煤粉浓缩技术和在喷口附近加强热烟气回流以实现快速着火和低负荷不投油稳定燃烧;采用小功率燃烧器和均衡的火焰温度以降低水冷壁的热负荷,采用旋流式燃烧器对冲布置或直流式燃烧器反向双切圆辐射对流互补的方法减小热偏差;适当增加炉膛容积和设置燃烬风,进一步提高炉内脱氮效果和燃烧效率等方面。     

200MW四角切圆燃烧锅炉改造工况数值模拟

煤粉再燃是降低NOx排放的一项新技术。利用CFD软件平台，采用数值模拟方法对某电厂200MW四角切圆燃烧锅炉改造前后炉内燃烧状况进行研究。改造方案1采用空气分级，方案2在1基础上，增加细粉再燃。计算结果表明：改造后在最上面一层一次风喷口的高度区域，温度骤然下降，而CO浓度很高，形成一个相对低氧，低温的还原性气氛区域。再燃降低NOx48．9％左右。改造后煤粉燃尽率下降且燃尽所需时间也增加，降低了电厂的经济性。煤粉颗粒在炉内运动具有很大随机性，停留时间差异很大。平均而言，煤粉喷入高度越高，停留时间也越短。     

2150t/h切圆燃烧锅炉低氧燃烧的试验研究

为了给锅炉低氧燃烧优化提供依据,在2 150 t/h四角切圆燃烧锅炉上进行了燃烧试验,以研究降低炉内氧量对锅炉燃烧的影响。结果表明：稳定工况下,炉膛温度随氧量变化存在一个峰值点,在峰值点两侧,降低氧量对燃烧和锅炉运行参数的影响不同;NO_x排放在炉膛温度峰值点附近存在一个峰值点,在深度降低氧量时存在一个谷值点,仅当氧量位于峰谷值中间区域时,降低氧量能够降低NO_x排放;降低氧量将加大稳定工况的旋流指数和降负荷过程中旋流指数的变化幅度,易引起蒸汽温度偏差大、超温等问题;当降低氧量未使锅炉不完全燃烧热损失明显增加时,会加大变负荷过程炉温、NO_x排放波动幅度,反之,变负荷时风量改变对燃煤放热量的影响,会使负荷变化对炉膛温度、NO_x排放影响降至很小。     

粒径对无烟煤燃烧特性影响的热重试验研究

煤粉粒径对煤粉的燃烧特性影响很大,为此,采用德国NETZSCH公司生产的STA 449C型综合热分析仪,在升温速度为40℃/min、试验煤样的质量基本相同以及其它试验条件相同的情况下,对两种无烟煤各4种不同粒径的煤样从着火特性、燃尽特性以及综合燃烧特性方面进行了分析。试验结果表明:随着煤粉粒径的减小,两种煤样的着火温度和燃尽温度均有下降的趋势,但变化过程不尽相同;随着煤粉粒径的减小,煤样的综合燃烧特性指数S有增大的趋势,煤样的燃烧特性有明显的改善,其中无烟煤挥发分含量的高低对S随粒径的变化程度影响很大。     

烟煤/生物质混燃特性实验研究

利用热重分析法,对烟煤/生物质混燃动力学进行了实验研究.进行了不同掺混比、不同温度、不同生物质等因素的探讨.结果表明,在恒温条件下煤粉与生物质混燃不存在阶段性.生物质对煤粉有促进燃烧和燃烬的作用,随着掺混比的加大,燃烧越剧烈,越易燃烬;温度的增加有利于燃烧的进行,温度越高,燃烧强度越大;不同生物质对煤粉的促进作用不同,挥发分含量高且灰分含量低的生物质促进煤粉燃烧作用更明显.     

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。     

煤燃烧特性的热重实验研究

以祁连塔煤为研究对象,利用热重分析仪,在不同升温速率下,对祁连塔煤的燃烧特性进行实验研究。分析了升温速率对煤燃烧特性的影响,得到不同升温速率下的燃烧特性参数,如着火温度、着火时间、燃烧最大速率、燃烬度等,并计算了不同升温速率下的反应动力学参数,为进一步研究煤的实际燃烧过程提供基本的实验数据。