利用TG/DSC方法研究麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物的高温熔融特性

利用热重差示扫描量热分析法(TG/DSC)对麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物的高温熔融特性进行分析。通过引入模型化合物分析得出:麦秆灰以及麦秆灰与石英混合物在620~700℃内存在KCl和CaCl2混合物的共熔反应,熔融的KCl和CaCl2在800~900℃的温度区间开始转移到气相中。在空气气氛中,麦秆灰中的K2CO3与SiO2发生化学反应,生成K2SiO3,在901~1039℃的温度区间麦秆灰中的K2SiO3发生熔融。麦秆灰与石英混合物相对于单独的麦秆灰,KCl和CaCl2的熔融峰的温度区间无明显区别,而硅酸盐的初始熔融温度明显降低。     

气化条件下压力影响灰熔融特性的实验研究

利用加压热天平结合X衍射分析仪来研究压力对煤灰熔融特性的影响。受加压热天平温度的限制,只研究1100℃以下压力的影响。利用X衍射分析仪分析不同压力、不同温度下煤灰中的矿物质成分,根据X射线衍射图谱分析矿物质对灰熔融特性的影响,以及在不同压力和不同气氛下矿物质的变化和新生成矿物质对灰熔融性的影响。结果显示:CO2气氛下压力对煤灰矿物质的生成影响不大;N2及H2O气氛下压力具有促进煤灰低温矿物质向高温矿物质转化的作用。     

煤燃烧过程中复杂气氛下的灰熔融特性

针对煤燃烧过程中复杂气氛下灰熔融特性,开发了气氛可控的灰熔融特性测试平台,研究了反应气氛对两种不同Fe含量的煤样灰熔融特性的影响;在不同气氛的高温(1,100,℃)条件下制取灰样,并采用XRD(X射线衍射)分析,获得不同气氛下矿物演变的规律.结果表明,在空气中O_2转化为CO_2的过程中,灰熔点基本不变;在N_2、CO和CO_2体积分数分别为80%,、5%,和15%,的弱还原性气氛时,灰熔点大幅度降低,高铁煤降低更为明显;当气氛的还原性继续增强,灰熔点反而上升.在弱还原性气氛下含Fe矿物被还原,形成了低熔点Fe~(2+)化合物,是弱还原性气氛下灰熔点降低的主要原因,而在强还原性气氛下Fe~(2+)化合物继续被还原为Fe单质,使灰熔点上升.     

竹子灰熔融特性及高温转化行为研究

论文选用杨木和小麦秆作为参照物,针对竹子灰在高温下形态及组分的变化规律,研究了不同温度下竹子灰熔融及高温转化行为.结果表明,竹子灰熔融温度(862℃)比同为木本植物的杨木低约220℃,但比麦秆高约100℃.与麦秆相比,竹子含有较高含量的S、P和碱土金属,有利于形成高熔点的硫酸盐、磷酸盐和硅酸盐.此外,竹子中的K通常以K_2O的形式存在,而非反应活性更高的KCl,所以竹子熔融和烧结倾向低于秸秆,但明显高于木质生物质.因此,在竹子实际燃烧利用中仍需采取合适的措施减缓灰熔融烧结等相关问题.     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

麦秆灰与SiO_2混合物的高温粘结特性

利用差示扫描量热分析法(DSC),对麦秆灰和SiO2的混合物在程序升温和降温过程中的热量变化进行了分析。分析结果表明:麦秆灰和SiO2的混合物的熔融不是在一个确定的温度上,而是在642～917℃出现多个吸热峰,且存在峰重叠;DSC吸热峰的温度区间与灰样的主要失重区域对应的温度区间基本重合。灰样发生明显失重的同时,熔融蒸发等相变现象在此温度区间发生。应用X射线衍射方法(XRD)对850℃和880℃下麦秆灰以及麦秆灰与SiO2的混合物的物相进行分析。分析表明,掺有石英砂的麦秆灰比单纯的麦秆灰在同一温度下更容易粘结;混有SiO2的麦秆灰样主要成分为SiO2,K2SO4,KAl(SiO3)2和CaSiO3。     

生物质灰熔融电容测试实验研究

提出一种利用电容测量生物质灰渣熔融状态的方法,以低熔点的玉米芯灰为样品进行测试,并与X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)结果进行比较。实验结果表明:玉米芯灰样在600~1000℃加热过程中质量的减少主要由灰分中KCl随加热过程挥发所致,并影响灰熔融温度预测结果;灰样烧结温度为800~900℃,电容测试结果为825℃,TG-DSC测试结果为875℃,灰熔点仪测试结果为990℃。电容测量结果与灰样熔融结渣情况一致,电容变化可准确反映灰样相变情况。与常规灰熔点测试和热重分析相比,该方法可实现实时监控测量,并减小测试过程中碱金属元素受热挥发造成的误差。     

生物质成型燃料的热重分析及动力学研究

对三种生物质成型燃料在不同气氛下和不同升温速率下进行热重实验,研究反应条件对生物质成型燃料失重特性的影响规律,并对其空气气氛下的动力学特性进行了分析。研究结果表明,生物质在空气气氛下的挥发分析出速率比N₂气氛下高,随着温度升高,N2气氛下主要是纤维素、半纤维素以及木质素的分解,而空气气氛下还伴随有其分解产物的燃烧。生物质中挥发分含量较高时,反应活性也比较高。实验温度由室温升至800℃时,在升温速率为10℃/min ~ 25℃/min范围内,随着升温速率的升高,松木热重曲线先向低温区移动再向温度较高的一侧移动,最大失重速率对应的温度也表现出相同规律,当升温速率为20℃/min时最大失重速率对应的温度最低,升温速率为25℃/min时失重峰值最大。动力学特性分析表明,采用2组分动力学模型可以较好地表征生物质在空气中的失重特性,计算结果与实验结果吻合度较高。     

碱金属钾对高碱煤灰熔融特性影响研究

为研究碱金属钾对高碱煤灰熔融特性的影响，将不同质量分数的K2SO4添加到制备的煤灰中进行灰熔融特性分析，并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对煤灰微观形貌及其矿物质演变规律进行了研究，结果表明：随着K2SO4添加量的增加，煤灰熔融温度先降后升，体积液相收缩率先升后降，两者相互印证，K2SO4的加入在一定范围内加剧了煤灰熔融性，超过这一范围时会减弱其熔融性。随着温度的升高，添加K2SO4的煤灰由红色变为棕黑色，同时发生烧结，当温度高于1250 ℃时，煤灰由固相逐渐变为液相。煤灰中加入K2SO4份额逐渐增高时，高熔点的石英、莫来石、钙长石等不断减少，产生了白榴石、钾霞石等矿物质形成的低温共熔体，从而降低了灰熔点，加剧液相的形成甚至形成致密烧结体。     

高温条件下N_2O分解转换对NO生成的影响

根据50 kW下行燃烧炉中燃烧过程中的NO和N_2O生成及还原规律,采用高温固定床模拟了空气分级燃烧过程的还原及燃尽阶段的气氛对N_2O高温分解及对NO生成影响的实验,测量了多种气氛模拟工况下的N_2O高温分解等特性,得到了N_2O高温分解及对NO生成转化的影响规律.实验结果显示,在CO+O_2+平衡气的气氛条件下,N_2O分解生成大量NO,有别于传统的N_2O分解理论.利用基于MB89机理的化学动力学模拟方法模拟了对应气氛下N_2O分解规律及产物特性,分析N_2O分解生成NO的基元反应.根据模拟结果发现,生成的大量NO一是来源于CO燃烧产生大量的O自由基与N_2O反应的产物,二是N_2O逆向生成的NCO进一步分解成NO.     

还原条件下准东煤煤灰的凝结特性研究

本文使用灰熔融特性实验台,对还原性气氛下降温过程中准东煤煤灰的熔融特性进行实验研究,通过使用SEM(Scanning Electron Microscopy)、EDS(Energy Dispersive Spectrometer)和XRD(X-Ray Diffraction)等实验仪器,考察了不同温度激冷条件下的准东煤高温灰和低温灰凝结特性的差距,并对碱金属影响熔融态灰渣样品的凝结过程,进行了相应研究。研究结果表明,受晶体成核速率和晶体生长速率的影响,准东煤样品在降温激冷过程中,晶体成分的含量先增加再减少;准东煤样品晶体析出主要集中在800～1 200℃,出现了较为规则的图案和孔隙、棱角结构,元素出现了富集的情况;在灰渣降温过程中,析出的高温晶体类物质在熔融态玻璃体内形成了骨架结构,同时低温共熔物质填充了晶体骨架之间的孔隙结构。     

煤粉特征温度及热量释放特性

通过热重和差示扫描量热(TG-DSC)同步热分析仪在空气气氛条件下研究不同煤阶煤粉的燃烧特性.将煤粉在挥发分燃烧及焦炭燃烧过程分为4个不同的反应区域.研究得出,煤粉低温氧化主要从150~200,℃区段开始显著发生,200,℃之前,不同加热速率下的煤粉低温氧化并无明显区别;随着煤阶的增加,吸氧增重量逐渐降低;煤粉在挥发分燃烧及焦炭燃烧区段内对应的最大热流量均随加热速率的增加而增加,且释热加速度也随之增加;相同加热速率下,煤阶增加导致释热加速度减小.煤粉在高温段氧化最大热流值对应的温度Tmax、着火温度Ti、强着火温度Tig及其他特征温度均随加热速率及煤阶的增加而增加.     

蛭石对准东煤灰物相演变及灰熔点的影响

结合灰熔点仪、XRD以及热分析仪等实验方法,研究蛭石作为准东煤添加剂的特性.结果显示,添加蛭石后灰中Si和Mg元素含量升高使得1 100℃灰中主要物相由镁黄长石向透辉石和镁橄榄石方向转化,同时提前并促进CaSO_4的分解;蛭石的加入提高了Na、K元素被固定在矿物中的比例,但对其反应路径影响不大;随蛭石添加比例升高,灰熔点呈现先降低后升高的趋势,在添加比例为4%时灰中Si、Ca比例较高,Mg比例较低不足以全部生成透辉石,导致1 100℃以后新生成的黄长石或长石类矿物会和已有的透辉石在高温下、在Fe_2O_3的催化条件下发生低温共熔反应导致灰熔点降低;添加比例为8%时,大量生成透辉石和镁橄榄石,但含Na、K矿物的增多以及钙硅铝系的低温共熔反应使得软化温度处在1 240℃水平.     

准东煤灰与液态排渣煤粉炉耐火材料的烧结特性

采用TGA-DSC分析确定了准东煤灰和其混合灰样(不同质量比的准东煤灰和耐火材料)燃烧过程中的特征温度,并分别采用XRD和FSEM-EDS对不同特征温度段灰样进行矿物识别和形貌、能谱分析,得到了原灰与混合灰的烧结温度、灰中主要矿物的转化和熔融过程,并对比了不同耐火材料含量的煤灰熔融温度;在此基础上提出了耐火材料构型的极限热载荷概念评价其耐热性能.研究表明:碳化硅耐火材料降低了准东煤灰的变形温度DT(1130℃降低到1080℃),促进煤灰与耐火材料的烧结形成致密的挂渣保护层;同时灰的烧结会使耐火材料承受极限热载荷能力降低近1/3.1200℃之后,耐火材料中SiC在煤灰的作用下发生氧化,造成材料失效,故在锅炉运行过程中要严格控制挂渣与耐火材料交界面处的温度.耐火材料增加煤灰在高温下的黏度,提高了煤灰的流动温度TF,更加利于煤灰在耐火材料表面形成牢固稳定的熔渣保护层.     

基于O2/CO2气氛的煤粉燃烧性能研究

采用热重分析法研究富氧燃烧(O_2/CO_2)气氛、O_2体积分数和煤粉活性对褐煤、烟煤、无烟煤3种煤粉燃烧性能的影响,并进行分温度区间的燃烧反应动力学分析。结果表明:褐煤和无烟煤发生非均相着火,烟煤发生均相-非均相着火;相比空气气氛,O_2体积分数相同的O_2/CO_2气氛下煤粉的着火温度和燃尽温度升高,燃尽时间延长;在O_2/CO_2气氛下,当O_2体积分数增大时,煤粉着火温度和燃尽温度降低,燃尽时间缩短;相同气氛下,煤粉活性显著影响其着火和燃尽;根据综合燃烧特性指数判断,增大O_2体积分数显著改善了煤粉的燃尽特性;在低温区,煤粉燃烧属于0.3级反应,在高温区则为1～2.5级反应。     

柴油机排气微粒燃烧特性的试验研究

应用热重/差热同步分析仪,在空气、氧气两种气氛下对柴油机排气微粒进行燃烧特性试验。根据试验数据分析了微粒的失重曲线、燃烧特性曲线、着火温度、燃烧特性参数,计算了燃烧反应动力学参数。结果表明:柴油机排气微粒的燃烧分为两阶段,低温段即挥发分的燃烧用的时间比较长,高温段即固定碳的燃烧用的时间比较短。当微粒在氧气下燃烧时,这个现象更明显。在低温段,反应气氛中的含氧量对挥发分的燃烧影响不大。加大反应气氛中的含氧量可以降低微粒的着火温度和反应所需的活化能。     

生物质与煤混合富氧燃烧过程中NO和N_2O的排放特性研究

为了研究燃烧气氛、进口氧气浓度、生物质掺混比、燃烧温度以及过量氧气系数对循环流化床(CFB)富氧燃烧过程中NO,N_2O排放特性以及燃料中N的转化特性的影响,以棉秆和大同烟煤为燃料,在50 k W循环流化床燃烧试验台上进行了空气气氛和O_2/CO_2气氛下的生物质与煤混合燃烧试验。试验结果表明:与空气气氛相比,O2/CO2气氛下,NO,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着进口氧气浓度和燃烧温度的升高,NO的排放量均升高,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着生物质掺混比的增大,NO的排放量和燃料中N的转化率降低,N_2O的排放量升高;NO,N_2O的排放量以及燃料中N的转化率均随过量氧气系数增大而升高。     

玉米秸焦的低温氧化及动力学特性的恒温量热分析

针对生物质焦的低温氧化和自加热问题,采用恒温量热分析方法对玉米秸250、500℃焦及其原样在4个温度35、45、55、65℃下的低温氧化放热和动力学特性进行了实验研究。放热特性分析表明,3种样品各温度下热流率随时间的变化具有相似的趋势,反应温度对焦放热特性的影响也相似,即随着温度升高,样品的最大放热率和相同时间的累积放热量显著增加。动力学分析表明,烘焙焦(即250℃焦)与原样具有相近的活化能,但指前因子较小,因此烘焙可一定程度上降低自加热倾向;500℃焦的活化能Ea较大,但反应放热对温度变化敏感,因而具有很强的自加热和自燃倾向。     

温度对煤化工废焦积灰特性的影响

为了得到温度对煤化工废焦燃用过程积灰特性的影响机制,在高温沉降炉实验系统上研究了烟气温度和壁面温度对热解废焦初始层及烧结层沉积灰理化特性的影响。结果表明:烟气温度主要影响烧结层沉积灰的理化特性,对初始层沉积灰理化特性的影响较小,而壁面温度对沉积灰理化特性的影响与之相反;随着烟气温度的降低,沉积灰的熔融粘连情况逐渐减弱,通过吹灰或振打方式较易被清除,随着壁面温度的降低,初始层沉积灰的熔融程度降低,对大颗粒的捕捉行为减弱,也在一定程度上减轻了飞灰沉积;碱金属多以异相凝结的方式存在于初始层沉积灰中,烧结层沉积灰中碱金属含量较少;高钙和高铁特性是导致该燃料在燃烧利用过程中受热面积灰严重的主要原因。     

酒糟在流化床中燃烧特性的试验研究

利用X射线荧光光谱仪、灰熔点仪和热重分析仪等对酒糟的灰成分、灰熔点及着火温度进行了测试,并在小型流化床试验台上进行了酒糟燃烧试验,对不同含水率酒糟的着火特性、烧结特性和NOx排放质量浓度进行了研究.结果表明:酒糟灰中K2O和Na2O的含量很低,只有4.936%;酒糟灰的软化温度较高,高于1 290℃;干燥酒糟的挥发分较高,高于250℃就能够着火燃烧;当石英砂的平均粒径为300μm、流化床内的流化速度大于0.36m/s时,流化状况良好;在900℃下,酒糟在石英砂流化床中燃烧不会出现烧结现象;在不同的燃烧温度下,NOx排放质量浓度均较大,且随着燃烧温度的升高而增大;酒糟可以在石英砂流化床中燃烧,且燃尽效果良好.