褐煤及其混煤燃烧特性试验研究

将小龙潭煤和先锋煤两种褐煤按不同比例混合进行热重分析研究.分析单一煤种及不同配比混煤的燃烧特性的差异,提出了反映煤燃烧着火及燃尽的燃烧特性综合判断指数.并根据化学动力学方法计算了各过程的化学动力学参数活化能和频率因子.     

煤与杜氏盐藻共热解过程分析及动力学研究

在氮气气氛中,利用热重分析对煤与杜氏盐藻及其混合物的热解特性进行了研究,考察了煤与杜氏盐藻不同掺混比例对热解过程的影响,并研究了共热解动力学.结果表明,煤与杜氏盐藻共热解特性并不是两者单独热解特性的简单叠加,在200～500℃范围内两者之间存在明显的协同效应,其相对值高达28％.煤和杜氏盐藻单独热解均可分3个阶段,由于固定碳和灰分含量高,煤在相同热解阶段的失重率较杜氏盐藻低.动力学分析结果表明,以峰值温度为分界点,采用2个连续一级反应模型与实验数据拟合效果良好,计算得到共热解过程中的活化能和指前因子分别为16.06～28.20 kJ/mol和0.42～16.82 min-1;活化能与指前因子的对数之间具有良好线性关系.     

城市生活垃圾热解/燃烧特性的实验研究

对城市生活垃圾中的6种典型单一组分及两两混合组分进行热重特性试验，先通氮气进行热解反应，当温度达到550℃时，再通氧气模拟空气进行燃烧反应。将热解和燃烧反应特性在同一曲线图中表现出来，分阶段求取反应动力学函数方程及动力学参数活化能E、频率因子A，进而为建立热解／燃烧综合模型提供基础依据；验证了混合物质的热解／燃烧特性可以用单组分物质的热解-燃烧特性的叠加来表示，除某些混合试样的组分之间会表现出一些相互影响，但这种影响并不强。     

生物质热解与燃烧特性试验研究

对稻秆的热解特性和燃烧特性进行了热重分析(TG)和差分热重分析(DTG)研究.热解试验中采用高纯氮气作为保护气体.采用升温速率为15 ℃/min、40 ℃/min、100 ℃/min,加热终温800 ℃.燃烧试验在干燥热空气气氛下进行,升温速率40 ℃/min.通过对稻秆热解和燃烧特性的TG和DTG曲线,深入分析稻秆热解、燃烧的基本过程和基本特征.并通过动力学分析获得了不同升温速率下热解和燃烧的活化能和频率因子动力学参数.     

褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究

利用热重分析法对三种褐煤及其混煤的热解、着火和燃尽等燃烧特笥及其活化能进行了研究。试验结果表明,混煤中的单一煤种在混煤燃烧过程中基本保持各自的着火和燃尽特性;而其热解特性和活化能与掺混比例有关。提出了能够表征单煤及混煤燃烧性能的综合燃烧特性指数SN。     

煤热解动力学的单一反应模型和分布活化能模型比较

利用程序升温热重技术研究了宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的失重过程,比较分析了单一反应模型和DAEM对其动力学分析的适应性。单一反应模型仅需一条失重曲线就可以获得动力学参数,但一般需要对失重曲线进行分段处理,且只能得到某一温度范围内活化能的平均值。Miura积分法可以在DAEM的应用中不需事先假设活化能分布的形式和频率因子为定值,由至少3条不同升温速率下的失重曲线直接得到煤热解的活化能分布和频率因子的值。Miura积分法的结果表明,宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的活化能随着失重率的升高而增大,活化能分布于250～400kJ/mol的区间。频率因子先随活化能的升高而增大,而当活化能大于300kJ/mol时,频率因子趋于水平。DAEM能描述非等温热解自低温到高温的全过程,对煤种和升温速率变化有宽广的适应性。     

两种生物质燃烧性能及燃烧动力学特性的研究

采用热分析仪对内蒙古地区两种产量较大的生物质—玉米秸秆和小麦秸秆进行了热重实验,比较了燃烧特性,计算了燃烧反应动力学参数。结果表明挥发份的析出燃烧阶段是两种生物质燃烧的主要阶段。小麦秸秆的综合燃烧特性比玉米秸秆好。两种生物质在挥发份析出燃烧阶段的活化能及频率因子均高于焦炭燃烧阶段的活化能及频率因子。     

灰煤混合燃料的燃烧动力学特性研究

利用TGA/SDTA851e型热重分析仪,对煤及不同灰煤比的混合燃料进行了热失重实验,获得了其热失重特性曲线。采用单个扫描速率的Coats-Redfern法、多重扫描速率的FWO（Flynn-Wall-Ozawa）法和Starink法三种典型的热分析方法求取了各样品的动力学参数。结果表明：随着灰煤比的升高,样品燃烧反应平均过程的活化能增高;灰煤比由0升高到0.15时,样品的活化能、着火温度和燃烬温度变化较大;灰煤比从0.15升高到0.45时,活化能、着火温度和燃烬温度变化较小。同时,通过对比几种分析方法的计算结果,认为采用多重升温速率法求取活化能时要谨慎,建议采用单重升温速率法和多重升温速率法相结合来分析燃料的热解及燃烧机理。     

猪粪热解特性及其动力学研究

在程序控温热重分析仪上进行了不同升温速率(10,20,30,50℃/min)的猪粪热解失重试验,获得了猪粪热解特性参数;采用分布活化能模型(DAEM)进行动力学分析,计算得到整个热解过程的活化能和频率因子的分布规律。结果表明,猪粪热解过程呈现失水干燥段、热解过渡段、挥发分析出段和碳化段,升温速率对猪粪的热解有一定的影响,表现为随升温速率的升高,DTG曲线向高温侧移动;动力学分析表明,猪粪热解活化能在52~113 kJ/mol变化,低于锯末、稻壳、稻秆、椰壳热解的活化能,说明猪粪较其他生物质易受热分解;同时猪粪热解的活化能和频率因子之间存在动力学补偿关系,但整个热解过程中这种补偿关系呈分段趋势。     

不同类型秸秆生物炭的燃烧特性与动力学分析

研究不同热解温度、粒度、种类的秸秆生物炭的燃烧特性,并进行动力学分析。结果表明,随着热解温度升高,秸秆生物炭的固定碳、C和高位热值均增加,综合燃烧指数减小,燃烧向高温区移动,活化能增大。随着升温速率增高,生物炭综合燃烧指数增大,活化能降低。生物炭着火温度为260～395℃,燃尽温度为480～555℃,500℃制备的生物炭燃烧特性最好,活化能为48～65 kJ/mol。超微生物炭的着火温度、燃尽温度和活化能最低,综合燃烧指数最高,棉花秸秆生物炭更适合作固体燃料。     

棉秆热解及燃烧特性试验研究

利用热重分析仪研究棉秆在N2及空气气氛下的热解及燃烧特性,通过动力学分析得到了棉秆热解及燃烧的动力学参数,相关系数在0.99以上.研究结果表明:随着升温速率提高,棉秆热解过程中的活化能增加.试验棉秆的着火温度为246℃.     

煤／塑料共热解的热重分析及动力学研究

利用热重技术研究了煤、塑料(高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯)及其混合物的热解行为.结果表明,由于分子结构的相似性,3种塑料有相似的热解失重行为,由于灰分和固定炭含量高,煤的失重率最低.煤和塑料存在重叠的热解温度区(438～521 ℃),有利于塑料向煤供氢.煤,塑料共热解时在高温区存在协同效应(T>550℃).动力学分析表明,采用1至4个连续一级反应模型即可拟合实验数据,活化能和指前因子分别为35.7～572.8kJ/mol和27×1038～1.7×1038 min-1,其值取决于材料本身的特性.     

城市污水污泥热解特性及动力学规律研究

采用差热-热重分析法对不同反应条件下的污泥热解特性及动力学规律展开研究。结果表明:污泥的非等温热解过程包含4个失重阶段;提高升温速率和降低氮气吹扫速率可促进污泥热解转化效率增加、挥发份最大失重率增大、表观活化能E值和频率因子A值增大;加入不同类型催化剂也提高了污泥热解转化效率,使热解过程向低温区移动;加入KCl催化剂使污泥热解DTG曲线向低温移动最多,加入Na2CO3使污泥最大失重率达到11.8%,是未添加催化剂时的2.7倍;添加催化剂也降低了表观活化能E值、提高了频率因子A值,且Na2CO3的加入使挥发份在主要析出阶段的表观活化能E值降低了约30%。     

油页岩掺混煤的燃烧性能与排放性能

对油页岩和煤进行了元素分析和工业分析,并利用热重-红外联用仪对油页岩与煤不同比例的掺混物进行了燃烧性能实验和排放性能实验.结果表明:油页岩燃烧非常剧烈,并具有集中析出的特性;在油页岩中掺混一定比例的煤有助于油页岩的平稳燃烧和充分燃烧,并降低其固定碳燃烧阶段的活化能,其燃烧过程排放的CO、CO2会增加,NOx和SO2排放变化不明显.     

生物油热失重特性研究

利用TG-FTIR技术,对生物油在不同载气流量、升温速率、气体氛围下的失重特性进行研究。结果表明:在N2气氛中生物油的失重过程可分为3个阶段,分别是小分子物质的蒸发、酚类等重质组分的热解及缩合缩聚和焦炭的生成;在空气气氛中生物油的失重过程也可被分为3个阶段,但分别是小分子物质的蒸发,重质组分的热解、氧化和缩合缩聚,焦炭的燃烧。对生物油热失重动力学特性进行研究,获得反应活化能、频率因子等热解动力学参数。结果表明:随着升温速率的增大,各阶段活化能均有所减小。     

木质纤维热解的热重和反应动力学研究

试验研究了木质纤维素的热解特性,并对其热解过程进行了分析.结果表明,纤维素在不同升温速率下的热解分为3个阶段:水分的析出、挥发分的析出以及固定炭的生成.纤维素热解是一级反应过程,根据积分法中的Coats和Redfern法对试验数据处理可得到反应的动力学参数(活化能E,频率因子A).     

生物质锯末快速高温热解气化研究

在对木质生物质在0～20℃/min这类较低升温速率条件下的热解特性研究基础上,采用热重分析法并结合TG、DTG曲线研究了干燥锯末在3种不同升温速率下的热解及动力学特性。并计算出活化能、频率因子,分析高升温速率(30、45℃/min)与低升温速率(10℃/min)对锯末热解气化影响的区别。研究结果表明:锯末热解时的最大失重速率随升温速率的升高而增大,在升温速率为45℃/min时达到最大为25.41%/min。在半纤维素热解占主导的阶段,热解反应机理为一级随机成核和随后成长过程,反应的活化能及频率因子随着升温速率的提高呈现先增大后减小的趋势;在纤维素和木质素热解占主导的阶段,热解反应机理为三维球形对称扩散过程,上述2个参数随着升温速率的提高呈现减小的趋势,且较高的升温速率能显著促进锯末挥发物质的析出。     

基于分布式改良Coats-Redfern法的梧桐叶燃烧动力学研究

采用热重分析法分别研究梧桐叶及其热解炭、水热炭在不同升温速率下(10、20、30℃/min)的燃烧特性,采用分布式改良Coats-Redfern积分法分析其燃烧动力学,编程计算出拟合度最佳的反应级数n和活化能E,并与Coats-Redfern法分析结果进行对比。结果表明:梧桐叶及其水热炭燃烧差热重量分析法(DTG)曲线呈4个峰,热解炭呈3个峰;升温速率为20℃/min时,相对于梧桐叶,其热解炭综合燃烧特性指数下降85%,水热炭下降18%,表明水热炭更适合用作燃料;样品燃烧过程中活化能分布均呈N型,低温燃烧区活化能较高,高温燃烧区活化能较低。     

煤粉燃烧反应动力学参数的试验研究

采用热天平,在２０℃／ｍｉｎ的升温速度下,对１２种煤的燃烧反应动力参数进行了试验研究,得到表面反应违率系数ＩｎＫｓ与１／Ｔ间的关系曲线呈三段线性分布,其分界点温度与由燃烧特性曲线所得到的着火温度及最大燃烧速率对应的温度相一致。此外,通过计算得到了活化能与Ｅ与煤的组成成分间的变化规律及Ｅ和频率因子Ｋ两者的关系曲线。图１０表１参３     

活化能与频率因子的相关分析

本文在简要叙述了表观活化能和频率因子这两个反应动力学参数的概念后，用公式关系和实验数据论述了两者间的相关性，目的是了解燃料反应在学参数之间的规律、简化反应动力学参数的测定和计算，并将繁琐的反应动力学参数的简单的工业分析沟通，用工业分析数据推断煤质表观活化能的大小，判断煤质热解反应的难易，分析燃料反应动力学特性，分析实际炉内燃烧特性，予示炉内燃烧过程，为定量地描工粉的燃烧过程，建立炉内数学模型打基础