煤粉在高温空气中着火前后孔隙结构的变化

在高温空气点火试验台上,采用不同温度的高温热空气对处于高速湍流流动的烟煤煤粉气流进行快速加热,以模拟煤粉气流在电站锅炉炉膛内受热升温以及初期着火燃烧过程。在煤粉气流发生均相着火前后过程中,对其中不同粒径煤粉的孔隙结构及其比表面积随热风温度的升高而产生的变化进行了试验研究。结果表明,煤粉颗粒孔隙主要受热变形和挥发分析出2方面的影响,产生截然相反的2种变化趋势。由于不同粒径煤粉颗粒传热特性的差异,当粒径较大且热风温度较低时,其孔隙结构的变化以热变形的影响为主,孔隙产生闭合;当粒径较小且热风温度较高时,则挥发分析出的影响占优,孔隙出现增长。随着热风温度的升高,小于3 nm的孔隙随挥发分析出的加剧而急剧增加。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化

利用氮气等温吸附/脱附法(-196 ℃)和扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)等研究了热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化,并用分形维数来描述焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,热解温度对生物质焦的孔结构和表面形态有显著影响。在热解过程中,焦中孔的形状发生了一定的变化,各种孔的比例有了较大变化,且孔径有先变小后变大的趋势。高温导致焦颗粒发生塑性变形,使得孔隙扩大和孔表面更加光滑。随着温度的升高,玉米秆焦的BET比表面积经历一个先减小后增大再减小的过程,500 ℃以前,孔容积的变化规律与比表面积相近,但当温度高于500 ℃时,比表面积在减小,而孔容积在增大。通过分形FHH方程回归得到的分形维数DFHH能较好地表征颗粒内部孔隙表面的分形特征。其分形特征与热解温度密切相关,分形维数DFHH的变化与BET比表面积SBET有一定关联。     

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。     

温度及氧碳比对气化炉内颗粒物性质的影响

基于多喷嘴对置式水煤浆气化炉热态试验平台,以水煤浆为气化原料,氧气为氧化剂,研究温度和氧碳比对颗粒物性质的影响,并探讨其形成机制。研究表明:温度越高,生成的球形颗粒越多,颗粒表面S、Fe、Na元素的含量也越高,细颗粒物百分含量越大。随着氧碳比的增大,细颗粒生产量增多,颗粒含碳量下降,氧碳比为1.1时细颗粒主要以团聚体的形式存在;氧碳比对S、Fe、Na、Al和Si等元素在颗粒表面含量的影响较小;氧碳比对颗粒粒径分布的影响较明显,氧碳比为1.0时产生的细颗粒最多,粗颗粒粒径更小,氧碳比为1.1时产生的粗颗粒最多,细颗粒团聚体也较多,氧碳比为0.9时,颗粒物粒径分布居于两者之间。     

高温还原性条件下煤焦孔隙结构的变化规律

研究了在高温还原性条件下煤焦的孔隙结构的变化规律。煤焦的制备在携带流反应器(entrained flow reactor,EFR)中进行。EFR能够模拟实际煤粉炉火焰区的温度和气相环境。氮气吸附和扫描电镜被用来描述煤焦的结构。由于高温还原性的气氛,气化反应对煤焦颗粒的孔隙结构和形态的影响不可忽略。根据孔隙结构和分形的分析,比表面积、孔容积、平均孔径和分形维数都有相同的变化趋势,并且煤焦的比表面积的变化可以归因于微孔的形成和变化。尽管如此,由于各种因素的存在,煤焦结构的变化规律是很复杂的。扫描电镜的照片显示了煤焦颗粒的不同形态是由于不同的煤显微组织和碳转化率。     

CaO高温脱硫过程数值计算

该文采用一种全新的CaO颗粒数学模型对高温条件下CaO颗粒的脱硫过程进行数值模拟。该模型采用随机漫步方法所生成的三维立方体结构的数学模型。根据高温下CaO吸收SO2生成CaSO4的反应分为表面化学反应阶段和以离子扩散为主的产物层扩散控制阶段的原理，将气体分子运动论理论用于孔隙数学模型，对3种具有近似孔隙率和内表面积却具有不同孔隙分形维数的CaO颗粒模型的高温脱硫过程进行数值模拟。数值模拟的计算结果能够定性地反映CaO高温脱硫的过程，其结果同现有的文献报道符合得比较好。     

棉杆热解过程中焦孔隙结构演变及分形特征

为了解生物质热解过程中固体焦孔隙结构的演变行为,采用氮气等温吸附法研究了热解过程中棉杆颗粒孔隙结构的变化规律,并引入分形维数对其进行定量的描述.结果表明,热解过程中棉杆焦孔隙结构微孔与中孔先增多后减少,而大孔比例变化不大.棉杆热解焦的BET比表面积(SBET)随着热解温度的升高,经历了一个先增大后减小的过程,从450℃开始,SBET迅速增大,在650℃时达到最大值,而后逐渐减小.随着热解温度的升高,棉杆焦表面分形维数先增大后减小,表明棉杆焦在热解过程中孔隙表面经历了复杂的结构变化.分形维数与BET比表面积存在一定的关联性,且分形维数能更好地表征热解焦表面孔隙结构特征.     

催化剂对褐煤焦孔隙结构和表面形态的影响

在固定床反应器中对添加了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe的褐煤进行制焦，采用N2等温吸附法测量各煤焦孔隙结构的表征参数，从而研究催化剂对煤焦的孔隙结构和气化反应性的影响。同时利用扫描电子显微镜分析煤焦表面形态的变化。测试结果表明，原煤焦主要含中、微孔；相对于原煤焦，添加Ca、Ni和Fe后煤焦的孔隙结构向中大孔发展，微孔比表面积减小，中大孔比表面积增大；而K-char的微孔和中大孔比表面积均大幅度减小。原煤焦以及添加Ni和Fe后所制成的焦均具有不规则粗糙表面和直管壁结构2种表面形态。当催化剂添加量达10%时，Ca-char和K-char从具有与原煤焦相同的表面形态发展为仅有粗糙表面形态。K-char和Ca-char的气化反应性随催化剂添加量的增加而增强，但K-char的比表面积随催化剂添加量的增加而减小，Ca-char的比表面积随催化剂添加量的增加先减小后增大。     

煤粉燃烧中添加改性高岭土脱除Pb和V实验研究

采用盐酸和醋酸钙两种方法改性高岭土。分别将原高岭土和两种改性高岭土与煤粉按照3:100的比例混合均匀,送入高温沉降炉中进行1500°C条件下的燃烧实验。利用低压撞击器(LPI)取样系统收集粒径小于10?m的颗粒物,通过微波消解、ICP-MS测试测定各粒径颗粒物中重金属Pb和V的含量。结果表明:原高岭土、盐酸改性高岭土和醋酸钙改性高岭土减排超细颗粒物(PM0.2)中Pb的效率分别为20.9%、30.8%和35.6%;减排超细颗粒物中V的效率分别为24.4%、37.3%和41.9%。盐酸处理后,高岭土晶体结构部分遭到破坏,比表面积和孔体积增加,为捕集重金属提供更多的活性位点;醋酸钙改性后,高岭土中混入醋酸钙,增强了与重金属的反应,并且高岭土颗粒在高温下能够部分与氧化钙反应,生成熔融颗粒,促进液相捕集过程。     

油页岩颗粒孔隙结构在燃烧过程中的变化

化石燃料的燃烧特性与其孔隙结构关系密切。采用氮气等温吸附/脱附法对桦甸油页岩及其在850℃条件下燃烧所得到的焦样的孔隙结构进行了测量，并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了分析。油页岩内油母的热解和页岩灰在燃尽阶段熔融变形使得孔容积和内表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程。此外，页岩灰的熔融变形还使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变成多形态的孔，使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相差不大。为提高油页岩燃烧装置的燃烧效率，适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停留时间的同时，更应当减小样品的颗粒尺寸。     

撞击流气化炉内气固两相流动与颗粒附壁沉积数值模拟

对多喷嘴对置式气化炉内复杂的气固两相流动与颗粒附壁沉积进行3D数值模拟。采用Realizable k-ε湍流模型计算炉内气相湍流流场,应用Euler-Lagrange模型模拟气固两相流动,颗粒轨迹跟踪采用随机轨道模型。根据液态排渣气化炉本身特点,描述炉壁熔渣流的形成过程,建立适用于液态排渣气化炉的颗粒附壁沉积模型,模拟结果与实验值吻合较好。模拟结果表明,数值模拟再现了撞击流气化炉内分区流动的情况;射流撞击使颗粒在气化炉内分布较为均匀,撞击中心和撞击流股区域浓度略高;颗粒在炉壁沉积基本覆盖整个气化炉,不存在局部积渣;当气化炉操作压力达到 4.0 MPa时,渣口气流夹带颗粒量有所提高,气流流速的增大而提高,颗粒停留时间缩短,影响碳转化率。     

基于分形理论的水汽在燃煤细颗粒表面异质核化数值研究

利用Fletcher模型对过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化特性进行了数值预测,对不同粒径段燃煤细颗粒的形态进行扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析,并用分形理论对细颗粒物的结构特征进行描述,考察其对细颗粒异质核化性能的影响。结果表明,实验用的燃煤细颗粒表面具有典型的分形结构,分形维数在2.21~2.63;燃煤细颗粒的不规则结构能使液滴胚胎形成临界吉布斯自由能降低、成核速率增大、核化所需的临界过饱和度降低,可提高过饱和水汽在其表面的成核能力;此外,核化所需临界过饱和度随颗粒粒径增大而降低,特别是小于0.1 mm的颗粒,粒径对过饱和度的影响更为显著,随温度提高核化所需的临界过饱和度相应降低。     

同时脱硫脱硝过程中钙基吸收剂表面孔隙结构变化规律

低温潮湿环境下,吸收剂表面孔隙结构对其表面气固反应过程有着重要的影响。采用等温氮气吸附法对同时吸收SO2/NO2过程中Ca(OH)2颗粒表面孔隙结构的变化特性进行了测量分析。结合SO2和NO2在Ca(OH)2颗粒表面的吸收机制,该文探讨了吸收剂表面孔隙结构的变化机制。研究结果表明,反应产物的形成改变了吸收剂表面孔隙的孔形特征,但对比表面积和孔容的影响并不明显。在反应过程中,孔径大于30nm和小于7nm的孔逐渐减少,而孔径位于两者之间的孔隙数量逐渐增多。吸收剂颗粒表面新孔的出现一方面弥补了由于反应导致的比表面和孔容的降低,另一方面也改变了吸收剂表面的分形特征。孔隙表面的膨胀和产物的堆积是导致吸收剂表面孔隙收缩,孔形变化的主要原因。     

焚烧过程中铅在PM_(10)中的分布特性及以高岭土为吸附剂炉内捕集铅的研究

在流化床焚烧炉内考察了铅(Pb)在PM10中的分布特性,并将高岭土作为吸附剂进行炉内捕集Pb的研究。用低压冲击器、原子吸收分光光度计和扫描电镜/能谱仪对焚烧烟气中Pb的粒径–浓度分布、飞灰颗粒表面形貌和表面元素分布进行了分析。结果表明,高岭土表面与Pb反应会引发共晶融化,过量共晶融化使高岭土孔隙坍塌成球形颗粒,其融化表面可黏附已生成的亚微米铅颗粒;PM10中90%以上的Pb富集在亚微米颗粒物中,仅有少量Pb存在于粗颗粒物中,而且随着温度升高亚微米Pb的浓度逐渐增加;高岭土可以促进烟气中Pb从细颗粒物中迁移到粗颗粒物中,从而减少亚微米Pb排放;随高岭土添加量增,高岭土对Pb的捕集效率逐渐增加,最佳捕集温度为950℃,最高捕集效率达80%。     

凝并元件结构优化对气固两相流流场及颗粒凝并效果的影响

湍流凝并技术是通过物理或化学作用促使小颗粒凝并成大颗粒,然后采用传统的除尘技术脱除,从而降低超细颗粒物排放。本文采用欧拉-拉格朗日法结合O’Rouekr碰撞模型,模拟了不同凝并装置结构下,单通道区域内气固两相流的流场与超细颗粒物的凝并过程,比较了两种不同开槽方式下超细颗粒物凝并的效果,进一步优化了凝并元件开槽结构。模拟结果表明,凝并元件开槽可增加入射颗粒沿高度方向的碰撞概率,增强颗粒的凝并效果。采用半圆形槽对凝并元件的开槽方式和位置优化后,通道出口处粒径为2.5μm的超细颗粒物数量占比降低,粒径大于5μm的大颗粒物数量占比和通道出口处颗粒的最大粒径均有所增加,增强了凝并器的凝并效果。     

水垫式旋转磨料射流喷嘴内流动特性的数值分析

设计了一种水垫式旋转磨料射流喷嘴,并对其内部流场流动特性进行了数值研究。采用高精度QUICK离散格式离散了雷诺平均的N_S方程和Realizablek_ε紊流模型,求解了喷嘴的内部流场,同时利用拉格朗日的方法对磨料颗粒的运动轨迹进行了追踪。该模型用同轴射流旋流燃烧室算例进行了验证,计算结果和实验值相吻合,表明适用于旋流流场的计算。喷嘴流场计算结果表明,流量比(切向与轴向入流流量之比)是决定喷嘴内流动状态的重要参数,喷嘴出口旋流数随流量比的增大而增大,并逐渐趋于一定值,磨料颗粒在喷嘴内的运动特性受流量比及磨料颗粒的粒径和密度影响较大。通过研究表明,对流量比以及磨料颗粒进行优选,能够获得破岩效果较好的旋转磨料射流,并且减少磨料颗粒对喷嘴的磨蚀,保证喷嘴的使用寿命。     

煅烧石灰石过程中团聚体颗粒内的晶粒融合现象分析

针对石灰石煅烧过程中存在的晶粒融合现象,从三维空间角度认识CaO晶粒聚集融合形成团聚体的过程,建立三维空间黏附方程并进行计算机模拟,模拟结果与扫描电镜照片比较表明:石灰石在高温煅烧过程中,CaO晶粒间存在融合现象。结合压汞分析仪实验数据,通过分析晶粒融合对团聚体颗粒微观结构特性的影响,发现晶粒融合会导致CaO颗粒分形维数、孔隙率、比表面积的降低,从而影响脱硫剂的脱硫反应效率。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4高温性能的应用研究

为了改善锰酸锂的高温循环性能,在锰酸锂材料中经过颗粒度调整、表面修饰、Al元素体相掺杂后得到改性后的材料.通过X射线衍射(XRD)、BET比表面积分析、激光粒径分析、SEM-EDS等方法对材料的结构、比表面积、粒度、形貌等进行了分析与表征.材料形貌的不平整度得到改善,BET降低,晶格常数缩小,结构稳定性得到改善.改性后...     

一种生物污泥热解半焦孔隙结构特性

污泥半焦的孔隙结构是影响热解反应的重要因素之一。该文利用固定床反应器在N2气氛下,温度为300~900℃对一种取自香港的生物污泥进行热解。采用ASAP 2010型比表面积及孔径分布分析仪测定生物污泥热解半焦的比表面积及其孔隙结构,研究污泥半焦的孔隙结构在热解过程中的变化规律。利用分形理论和等温吸附理论对半焦进行分析。试验研究与理论分析表明,随着热解终温的提高,孔隙结构变得发达,孔的种类多样化,总孔容积逐渐增加。比表面积总体呈现增加的趋势,从300℃时的0.72 m2/g增加到900℃时的64.88 m2/g,平均孔径为3.7~8.53 nm。不同温度制得的半焦,孔径分布具有相似的特点,在孔径为4 nm左右出现峰值。表面分形维数随热解终温的提高而增高,从2.539增加到了2.824,表面分形维数的增加,有利于污泥的热解。