掺配废PVC对水煤浆成浆性能及燃烧性能的影响

为缓解废PVC处理压力,回收碳氢资源,将废PVC与煤粉混合制备废PVC-煤浆,分析掺配废PVC后浆体的定黏质量分数、流变特性及稳定性。利用SEM-EDX和分形理论对掺配废PVC的浆体表观形貌和分形维数进行分析,探讨掺配废PVC对煤浆性能的影响机理。利用热重分析法和Coats-Redfern积分法计算原煤浆及废PVC-煤浆的燃烧特性指数和动力学参数,对不同废PVC掺配量浆体的燃烧性能进行评价。结果表明：掺配废PVC可以提高浆体的成浆性但析水率升高、稳定性有所下降;废PVC的掺配量越多,浆体的分形维数越小,成浆浓度越高;掺配废PVC对煤浆燃烧会产生协同作用,当废PVC的添加量为3%和5%时,煤浆的燃尽率和综合燃烧性能变好,促进燃烧反应,添加量为8%和10%时抑制燃烧反应;在选取Coats-Redfern近似时,水煤浆燃烧在选取反应级数n=1时线性相关性最高,掺配5%的废PVC后的浆体表观活化能和频率因子最大。     

贫煤氧化燃烧热效应及热动力学参数研究

为了探究贫煤煤样的氧化燃烧热效应及热动力学行为,分别采用C80微量热系统和热重实验装置对样品进行测试;分析了贫煤煤样在低温氧化及氧化燃烧过程中的热效应,同时也研究了升温速率对贫煤燃烧过程的影响,最后对煤样燃烧过程中的表观活化能和最概然机理函数进行了分析。结果表明:贫煤的低温氧化过程可划分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和快速氧化阶段;随着升温速率的升高,煤样的TG/DTG曲线向高温区域移动,DTG曲线峰值升高,燃点温度升高;煤粉在热解燃烧阶段的表观活化能随转化率的增加呈现出先升高后下降的趋势,在转化率为0.2时表观活化能达到最大值,为32.4 kJ/mol;升温速率对反应最概然机理函数影响较小,4种升温速率下的反应最概然机理函数均符合A-E方程随机成核和随后生长模型,且函数曲线峰值随升温速率的升高而增大。     

基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性

为了研究以活化能指标判定不同煤的自燃倾向性,选取了4种不同变质程度烟煤煤样,通过煤自燃性升温实验,并结合公式计算得出不同温度时刻煤样氧化的耗氧速率;运用化学反应动力学原理计算出煤样的表观活化能。研究结果表明:以表观活化能表征煤自燃倾向性,在其他条件相同的情况下,若不同变质程度煤样的指前因子变化不大,则变质程度越高,煤表观活化能越大,煤越不易自燃;若不同变质程度煤样的指前因子变化较大,则需要综合考虑指前因子和表观活化能来判断煤自燃倾向性。煤的指前因子越大且表观活化能越小,表征煤越易自燃;反之,煤的指前因子越小且表观活化能越大,表征煤越不易自燃。     

添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学

采用热重分析法考察污泥、煤粉以及两者混合样品的燃烧特性,通过着火温度(Ti)、燃尽温度(Tb)以及综合燃烧特性指数(S)的变化,进一步研究添加剂对污泥-煤粉混合燃烧特性的影响,并探讨催化燃烧机理。结果表明:添加污泥能够降低煤粉的Ti,加速煤粉热解燃烧,改善煤粉的燃烧性能;但当污泥掺混比10%时,混合样品的最大失重速率降低,Tb升高,综合燃烧性能S变差。CaO,Na_2CO_3能够促进挥发分析出燃烧,并带动后续固定碳的燃烧,因此混合样品的燃烧速率提高,燃烧时间缩短,综合燃烧性能改善;MnO_2,Fe_2O_3对混合样品的无明显催化作用,且降低了混合样品的最大燃烧速率。同时,动力学分析表明添加CaO,Na_2CO_3能够减小燃烧体系的活化能,而添加MnO_2和Fe_2O_3对混合样品的表观活化能无明显影响。     

唐家会矿煤自燃热反应动力学研究

为有效防治唐家会矿煤自燃灾害,利用热重实验,分析了煤样在不同升温速率和不同氧气体积分数下热反应动力学特征。结果表明：在相同氧气体积分数下,升温速率2、5、10℃/min煤的表观活化能分别为150.27、131.97、106.86 k J/mol;相同升温速率下,氧气体积分数为6%、9%、12%、15%、18%、21%煤的表观活化能分别为106.86、120.61、127.31、131.58、135.26、136.82kJ/mol,表观活化能随着升温速率和氧气体积分数的增大而减小,变化规律基本符合对数函数递增;活化能动力学计算结果揭示了不同升温速率和不同氧气体积分数下,燃烧阶段煤氧复合反应程度不同。     

印尼褐煤湿煤末(煤泥)热解和燃烧特性及动力学分析

为获得印尼褐煤湿煤未(煤泥)热解燃烧的反应机理,采用热重法研究了印尼褐煤湿煤末在不同加热速率下的热解和着火燃烧过程,得到热解和燃烧反应特征参数;并采用Coats-Redfern积分法进行动力学分析。结果表明:升温速率对热解和燃烧反应特征温度和其他特征参数基本都有正相关的影响。对于热解过程,反应线性拟合结果呈明显的三段式分布,不同升温速率下质量平均表观活化能分别为43.2,33.2和33.9 kJ/mol。相同转化率区间内,试样热解活化能与升温速率关系不大;而在同一升温速率下,试样热解反应活化能随转化率的增加而增加,呈正相关性。与热解反应不同,燃烧反应动力学参数在整个反应区间直接线性拟合结果较好。10,30和50℃/min升温速率下的反应分别为2级、1.5级和1.5级化学反应,活化能分别为101.74,72.93和51.82 kJ/mol。     

Starink法在煤氧化自燃过程中的应用

为研究煤氧化自燃的反应机理,对4种不同煤样进行热重实验取得TG-DSC曲线,运用Starink法求解出煤样在达到着火点之前的表观活化能,对煤的氧化自燃过程进行研究。研究结果表明:煤的氧化自燃过程大致分为失水、氧化和燃烧3个阶段,煤的氧化阶段对煤的自燃起到关键性的作用,并且煤在氧化阶段的表观活化能随温度的升高而逐渐升高。煤样的吸氧量的大小与氧化阶段的最大表观活化能成反比,越容易发生自燃的煤样,吸氧量越大,氧化阶段的最大表观活化能越小。因此可以采用煤氧化阶段的最大表观活化能作为一项指标鉴定煤自燃倾向性。     

液态煤炭助燃剂及其燃烧动力学研究

为提高煤的燃烧效率,以分散剂、氧化剂、渗透剂等高分子材料及纳米材料作原料,通过高速剪切、分散、乳化制得4种不同型号的液态煤炭助燃剂,并使用热重分析仪研究其燃烧动力学,测定其助燃效果。试验结果表明:液态煤炭助燃剂对煤粉有较好的助燃效果,其中4号助燃剂的助燃效果最佳。热重试验结果表明,添加4号助燃剂的煤粉在温度升至600℃时,燃烧失重率比原煤粉增加了16.01%;DTG峰值温度降低35℃,着火点温度降低25℃;煤粉表观活化能降低43.74 kJ/mol,反应级数降低1.247 4。     

生物质与煤混合燃烧动力学分析

为了减少生物质资源的浪费,减轻煤炭燃烧过程中造成的环境污染,利用热分析技术对生物质、煤及其混合物燃烧的动力学参数进行了分析研究。主要考察了生物质种类、原煤煤化程度、生物质添加比例对生物质与煤混合燃烧动力学参数的影响。研究表明:煤燃烧的活化能大于生物质燃烧的活化能。在长焰煤中分别加入同样量的玉米秸秆和木屑,混合燃烧时对应的两个阶段的活化能相差不多。分别在长焰煤、烟煤、无烟煤中加入玉米秸秆,混合物燃烧最后一个阶段的活化能,随原煤固定碳含量的增加而明显变大,且混合物各个燃烧阶段的活化能均显著小于原煤。随着玉米秸秆含量增加,混合物燃烧第二阶段的活化能随之明显变大,而第三阶段的活化能随之先较快降低再较慢降低。单独生物质、煤以及二者混合物的燃烧可以作为一级反应处理。     

添加剂对煤粉燃烧过程活化能变化规律的影响

采用热重法研究不同添加剂对煤粉燃烧性能的影响,通过积分法计算加入添加剂煤样的燃烧反应活化能,考察DTA曲线中燃烧放热峰的变化规律。结果表明,向煤中加入2%的MnO2,CaO和CeO2,燃烧放热温度由535 ℃降至480~490 ℃,活化能由98 kJ/mol降至70~80 kJ/mol;而加入等量的K2CO3,燃烧放热温度降至460~470 ℃,活化能降至50~60 kJ/mol。燃烧反应活化能E与燃烧放热峰对应温度T的变化趋势相一致,两者遵循玻尔兹曼方程E=106.22-323.37/\[1+exp(T/35.45-11.42)]。     

基于环境保护与燃烧品质双重考虑的煤炭分类研究

以煤粉颗粒粒径分布为切入点,将环境保护与燃烧品质的双重考虑引入煤炭分类中,在试验设计与研究的基础上,依据污染潜势、燃烧性能和自吸附能力,通过聚类分析,将煤炭划分为4种类型：58%的样品为较理想的环保优质燃料;21%的样品燃烧性能较好,但环保性能有待提高;12%的样品环保状况较好,但燃烧性能有待提高;另有9%的煤炭样品环保性能和燃烧性能均相对不理想.     

混煤燃烧过程中的交互作用:煤种对混煤燃烧与NO_x排放特性的影响

在沉降炉上开展了无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤以及不同配比(25%,50%,75%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式下煤种对混煤燃尽及NO_x排放特性的影响。结果表明,不同煤种掺混燃烧时促进和抑制两种交互作用具有差异性。"炉外"掺烧方式下,挥发分含量差异较大的煤掺混时,交互作用明显;尤其是掺烧75%高挥发分煤时,对燃尽抑制作用表现最为显著,混煤的燃尽降低;挥发分含量差异较小的煤掺混时,交互作用相对较小,混煤的燃尽率在各掺混比例下基本接近计算线性燃尽率;混煤燃烧的NO_x排放特性随挥发分较高的煤的掺混比例增加基本呈线性变化的规律。"炉内"掺烧方式下,随两种煤延迟混合时间的增加,交互作用逐渐减弱,各单煤的燃烧独立性增强,混煤燃尽率逐渐接近计算线性燃尽率;挥发分含量差异较大的煤掺混时,改变混合时间,混煤燃尽率变化显著,挥发分含量差异较小的煤掺混时,各单煤燃烧独立性较强,改变混合时间,混煤燃尽率变化不明显;混煤NO_x排放量随延迟混合时间的增加而逐渐降低。     

关于我国煤中氟燃烧排放限值与标准

通过大样本测试与统计,得到了我国煤中氟含量的分布特征;通过典型电站锅炉、工业锅炉和流化床锅炉的煤、飞灰、底灰样品的采样测定,提出了煤中氟在燃烧产物中的总量分配模式,得到我国不同炉型燃煤氟排放基本特征;比照大气污染物综合排放标准和工业窑炉大气污染物排放标准的规定,初步得到了我国燃煤氟化物排放限值和超标煤种的比例。结果表明:比照大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)和工业窑炉大气污染物排放标准(GB9078-1996)中对氟化物排放限值的规定,我国煤在各种燃烧设备的燃烧过程中,大部分煤种的氟含量是超标的,若在燃烧过程中不采取相应措施,将会对环境造成一定程度的大气氟污染。     

不同粒径煤粉煤质变化及燃烧特性研究

采用哈氏可磨测试仪对阳泉无烟煤、印尼褐煤进行研磨,测出其哈氏可磨性指数HGI,同时用马尔文激光细度仪对可磨仪研磨后的煤样进行细度测量。利用振筛机对研磨后的煤样进行筛分,区分出4种不同粒径的煤粉,然后用工业分析仪测出其工业分析成分,研究其工业分析成分之间的区别;采用热重分析仪进行燃烧试验,研究粒径及工业分析成分变化对燃烧特性的影响。结果表明：研磨后煤粉中的不同粒径煤粉在研磨过程中产生工业分析成分的偏离,影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性;研磨后煤粉中的细粉相对粗粉增大了比表面积并改变了孔隙结构,对煤粉的着火、燃烧稳定性、燃烬性等都有积极的影响;由于两种煤种煤质的不同,导致其燃烧机理及燃烧特性的不同。     

采用绝热式自燃测试方法分析煤的自燃倾向

对煤的自燃倾向进行快速有效鉴别,有助于对煤的自燃倾向采取分级分类管理从而有效防治煤矿火灾,因而采用绝热式自燃测试方法对煤的自燃倾向进行准确分析很有必要。简要介绍绝热式自燃测试方法的测试原理及其仪器结构,模拟煤炭自燃的物理过程,通过采用包括反应器、气体预热铜管和跟踪温度控制方式等综合绝热措施以实现300 g煤样的自然发火实验,记录煤样从40℃上升到70℃的升温速率(或前30 h的升温速率),测试煤样的自燃特性曲线并分析曲线特征。即建立煤绝热氧化产热速率计算模型,结合实验数据计算所得的煤在绝热氧化条件下的升温速率和产热速率可鉴定煤自燃倾向性的强弱。采用绝热式自燃测试方法对不同煤的自燃倾向分析后表明,无烟煤和部分烟煤的自燃倾向较低,褐煤的自燃倾向较高,故而在煤矿开采时需特别注意褐煤的自燃倾向。     

基于大型电厂配煤方案的颗粒物生成实验研究

燃煤电厂常采用混煤燃烧,为降低颗粒物的排放,需选择合适的配煤方案。基于国内某大型电厂常用的配煤方案,在实验室条件下进行了颗粒物生成实验研究。选择山西煤（SX）、澳洲煤（AZ）、伊泰煤（YT）3种烟煤和1种印尼褐煤（YN）,配煤方案为SX∶YN=3∶2,AZ∶YN=3∶2和AZ∶YT=3∶2（质量比）。在沉降炉中进行了原煤及混煤的燃烧实验,实验温度均为1 300 ℃,生成的颗粒物被低压撞击器所收集。实验结果表明,混煤及原煤燃烧生成的颗粒物具有相似的质量粒径分布;在所研究的条件下,混煤燃烧生成的颗粒物均少于由原煤燃烧颗粒物所得的计算值,不同煤中矿物质之间的交互作用是导致混煤燃烧颗粒物减少的主要原因;在所关注的3种配煤方案中,以混煤SX∶YN=3∶2燃烧生成的颗粒物总量最少,因此为最优配煤方案。     

分形在煤粉燃烧中的研究进展

分析比较了近年来测定煤粉分形维数的方法及研究进展,详细讨论了计算煤粉分形维数常用的4种表面测试技术、适用条件及对应的计算方法.结果表明,用不同测试方法获得的数据计算得到的结果并不完全一致.比较发现：表面分形维数与测试方法间存在很大的相关性,只有选择正确的测试方法,才能将煤的表面特性与煤的燃烧过程有机并准确地结合,从而获得突破性成果.煤粉燃烧的分形结果表明：煤燃烧过程是一个表面分维增加的过程,说明煤的燃烧是在一个立体的网络结构内外同时反应,因此煤燃烧反应动力学应当考虑煤粉表面分形结构的特征.     

淮南煤及其燃烧产物中稀土元素丰度的比较

运用ICP-MS测定了51件淮南煤及其燃烧产物中稀土元素的含量,并对煤及其阶段燃烧产物的稀土元素含量进行了比较.研究表明：① 淮南煤中ΣREE平均值为133.09 μg/g,LREE/HREE平均值为2.47,具轻稀土富集、重稀土亏损的分布特征;②低温（815 ℃）煤灰中ΣREE=491.47～2 822.53 μg/g,平均值950.24 μg/g;与“北美页岩”（NASC）相比,煤灰中ΣREE平均含量为背景值的4.27倍;③ 与煤中稀土元素的含量相比,淮南煤中REE在低温燃烧过程中平均散逸程度为11.97％,其中,LREE和HREE的散逸程度分别为12.30％和11.75％;元素分布中,以Eu和Yb的散逸程度最高.煤灰中稀土元素在低温到高温（1 100 ℃）阶段燃烧过程中,REE元素基本无聚集,无散逸.     

混煤燃烧过程中的交互作用:掺混方式对混煤燃烧特性的影响

在沉降炉上开展了高、低挥发分煤不同配比(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式对混煤燃尽与NO_x排放特性的影响。结果表明,混煤燃烧过程中烟煤对贫煤存在促进和抑制两种作用,两者的竞争共同决定了混煤的燃尽特性。"炉外"掺烧方式下,掺烧烟煤比例较小时,促进大于抑制作用,有利于混煤燃尽;进一步提高烟煤掺烧的比例,抑制作用增加并大于促进作用,不利于混煤的燃尽;NO_x排放量随烟煤掺烧比例增加基本呈线性增加规律。掺烧烟煤比例控制在25%以内有利于提高混煤燃尽率;掺烧烟煤比例为75%时,混煤燃尽率显著降低。"炉内"掺烧方式下,混煤燃烧中的促进与抑制作用会同时减弱;掺烧大比例烟煤时,烟煤与贫煤混合越晚越有利于混煤燃尽;NO_x排放量随着烟煤延迟混合而逐渐降低。"炉内"掺烧烟煤且烟煤延迟送入炉内有利于混煤燃尽率,且NO_x的排放降低明显;而贫煤延迟送入炉内则会导致混煤燃尽率进一步降低,但NO_x排放降低程度低于前者。     

煤氧化特性的STA-FTIR实验研究

采用同步热分析-红外联用技术(STA-FTIR),以4种不同变质程度的新鲜煤样为研究对象,从特征温度点、热量变化、逸出气体、氧化反应动力学等多角度分析煤的氧化放热特性及其规律。研究结果表明,随着煤变质程度降低,煤中挥发分含量增高,煤氧化过程特征温度点逐渐减小;各个阶段反应活化能逐渐变小,最大热释放速率和放热量相应增加;同时,氧化过程中所释放的CO,CO2,H2O,CH4等气体的初始温度和峰值温度均呈现出逐渐减小趋势,生成CO量减少,CO2和水量增加;此外,不同煤样在水分蒸发及脱附阶段、吸氧增重阶段的反应机理接近。实验结果说明不同煤样的氧化反应过程具有相似性,变质程度越低的煤,发生氧化和燃烧反应越容易,自燃危险性越高。应根据煤样存储、开采、运输环境,针对初始放热温度较低的低变质煤样,及时采取冷却降温、封堵裂隙、阻化剂阻化等措施预防煤自燃发生和发展。