超细煤粉快速热解动力学特性实验研究

采用居里点裂解器及气相色谱仪研究了3种超细煤粉的快速热解特性。实验发现:超细煤粉挥发分的快速热解释放主要发生在升温阶段,烟煤与无烟煤挥发分中焦油的质量分数均最大,其中烟煤焦油释放量占挥发分的质量分数达到50%以上,高于无烟煤。烟煤气态挥发分中CO质量分数最大,达到40%以上,其次为CO2,然后依次为CH4、其他碳氢化合物CnHm,H2。无烟煤的CO,CO2,CH4释放质量分数基本相当,H2质量分数与CnHm接近。根据热解产物的释放数据,采用单方程反应模型计算出了煤粉升温速率、热解频率因子及活化能,为进一步研究超细煤粉的着火及燃烧提供了理论基础。     

超细煤粉燃烧过程中污染物生成特性的研究

利用国产wRT-3P型微热量天平与英国产KM91006烟气分析仪联用对不同变质程度的超细煤粉进行了超细煤粉低温(小于800℃)燃烧实验,并应用QuinTox—Firework软件对燃烧过程中NO。和SO2的生成量进行跟踪检测、数据采集和整理。实验表明煤经超细化处理后,煤粉燃烧过程中NOx和SO2的生成特性发生了改变。同时,超细煤粉在燃烧过程中产生的CO延缓了煤表面发生的强氧化反应,有利于H2S与煤中其他矿物质的反应生成硫化物如CaS。     

超细鹤岗烟煤热解实验研究及动力学参数分析

采用日本岛津（SHIMADZU）公司生产的DTG-60H型热重-差热分析仪研究了鹤岗烟煤在两个不同升温速率5C／min和10C／min下。对常规粒度与超细粒度4个煤样进行了热解实验．热解实验所用气体为纯N2,气体流量均为80mL／min．煤样的颗粒粒度由英国Malveyn公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定．根据实验数据计算了各实验煤样热解动力学参数．结果表明,鹤岗煤粉热解的活性与其粒度的关系为：随着粒度的减小,其热解活性越好,活化能相对较小;并且随着粒度的减小,热解反应时间也减少,煤粉的热解特性随平均粒度减小而改善．     

超细煤粉的制备及性质研究

本文在研究神府 3- 1 煤粉行星球磨过程中各种因素的基础上 ,将原料煤粉分别经过不同大小钢球组合的工艺球磨 ,制得粒径小于 80 0 nm的超细煤粉 ,对其粒度和性质进行了表征和研究     

用煤粉来再燃脱硝中金属氧化物催化作用的实验研究

通过对煤粉进行酸洗脱矿重新负载,并在一维沉降炉上对K2O,Na2O,CaO,Fe2O3金属氧化物的负载煤粉进行再燃试验研究,最后对试验结果进行了分析和探讨.研究结果表明金属氧化物对用煤粉来再燃脱硝效果有重要影响.煤灰中金属氧化物含量越高,煤粉再燃脱硝效果越好.负载等质量金属氧化物的煤粉用来再燃脱硝的效果依次为:Na2O～Fe2O3＞K2O＞CaO;其中Na2O和CaO与再燃区气氛相关性较弱,而K2O与Fe2O3则随还原性气氛的增强,效果有显著提高,CaO负载过量后,反而有不利影响.研究成果可为今后选择有效的再燃用的煤粉添加剂奠定一定的理论基础.     

再燃条件下燃料燃尽特性的试验研究

利用热天平系统着重对煤粉再燃技术中燃料的燃尽特性进行了试验研究,分别探讨了再燃燃料的种类,再燃燃料的粒度以及再燃区的气氛对燃料燃尽特性的影响,并利用平均燃烧速度W_(mean)、煤的燃尽指数N、燃尽特性综合判别指数R_j等物理量进行了定量分析。研究结果为进一步优化与完善煤粉再燃技术提供了理论依据。     

医疗废弃物典型组分热解过程中产气特性的实验研究

为掌握医疗废弃物的热解特性,在管式炉中对医疗废弃物典型有机组分进行热解实验研究,并用在线气体分析仪监测物料主要热解气体成分及其含量的变化,得到了物料产气过程和产气成分随温度的变化规律。研究结果表明,物料特性、热解终温对气体产物的生成过程和分布影响较大。与纤维素类的脱脂棉和竹子相比,聚丙烯的分解反应起始温度明显较高。提高热解温度会提高气体析出峰值和产量,以及热解气中可燃气体的比重。     

超细与常规煤粉燃烧动力学特性及计算分析

采用热重-差热分析仪研究了元宝山褐煤与大同烟煤2个煤种常规粒度与超细粒度各4个煤样的燃烧特性,其升温速率均为30 ℃•min^-1、所用气体为纯O₂、气体流量均为80 ml•min^-1.根据试验数据计算了各试验煤样的综合燃烧特性指数和高、低温度段的燃烧动力学参数,用重量加权平均法计算了各煤样的平均表观活化能,重点讨论了常规粒度与超细粒度煤粉的燃烧特性的差异.     

油页岩催化热解气态产物析出特性

采用气相色谱仪和微量硫分析仪在铝甑干馏炉上考察了不同催化剂作用下油页岩热解干馏气和含硫化合物的析出特点。结果表明:催化热解降低了干馏气的产率,不同催化剂对干馏气组成的影响不同;Ni2O3和环烷酸钴促进氢气的析出,降低了CH4的析出;13X分子筛促进烃类析出,Ni2O3和活性白土降低了烃类的析出。催化剂促进了CO2的析出,但对CO析出的影响较小。与常规热解相比,催化热解促进了油页岩干馏气中含硫化合物的析出,皂土和Mo S2的促进作用最大,总硫析出量比常规热解提高4.58倍和3.95倍;活性白土和环烷酸钴的促进作用较常规热解提高了64.01%和32.95%。     

油页岩微波热解气态产物析出特性

利用微波化学试验装置研究了油页岩微波热解过程中挥发分析出特性, 考察了微波功率、热解温度、不同热解温度阶段和催化剂对气体组成的影响。结果表明:微波加热能够提高油页岩热解气中H₂、CO和C₂H₄的析出, 降低CO₂的析出;50%(1600W)微波功率时烃类的析出量最大;在150~350℃的低温阶段热解气的析出量大, 主要由吸附气体的释放, 不稳定支链和基团的分解产生;温度升高, 气态产物的析出主要由脱氢、芳构化、缩聚和自由基反应产生。催化剂促进了气体的析出, 但不同类型催化剂对油页岩热解气组成的影响不同, 分子筛的吸附作用促进二次分解和缩聚反应;黏土类催化剂在质子酸作用下促进有机质催化裂解加氢反应, 加快断链和基团的稳定;金属类催化剂是强吸波性介质, 能够提高升温速率, 促进热解反应, 其次促进氢自由基的产生和转移。     

Pyrolysis of hydrocarbon mixtures characteristic of coal: Application to dibenzyl mixture

Thermal cracking of dibenzyl dissolved in two solvents, tetralin and decalin, has been studied in a flow reactor, in the presence of steam, under atmospheric pressure and at temperatures between 600 and 750 °C. The nature of the products obtained depends upon the structure of the hydrogen-donor agent, but is independent of the structure of dibenzyl. Valuable products such as ethylene and a benzene, toluene and xylene (BTX) mixture, obtained by a β-scission reaction with a monomolecular mechanism, are predominant when decalin is used as solvent. The dehydrogenation of tetralin to naphthalene precedes cracking reactions of the bimolecular type, which lead to significant production of hydroaromatics such as indene. Cracking of dibenzyl, followed by hydrogen transfer from the solvent to the radicals formed, leads to toluene irrespective of the chemical nature of the hydrogen donor.     

粉煤热解产物焦粉的综合利用

根据陕北资源禀赋特点,粉煤中低温热解是适合陕北长焰煤特性的一种有效煤炭分质利用技术。研究表明：中低温热解产物焦粉的产率占70％左右,所蕴含的能量占80％左右。因此,从产率和能量的角度看,粉煤热解产物焦粉的综合利用应是煤炭中低温热解的重点。通过介绍6种焦粉利用方式,包括燃烧发电,气化,成浆,成型,高炉喷吹用煤,炭质吸附剂,提出了制定焦粉标准重要性,从而加速实现粉煤的清洁、高效、环保利用。     

低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

煤粉着火燃烧过程光学诊断研究发展

煤炭储量丰富,尽管新能源和可再生能源快速发展,煤炭资源在未来几十年仍将作为我国一次能源重要组成部分。同时煤炭利用带来很多环境污染问题,因此未来煤炭资源的利用逐渐向高效、低碳、低污染物排放利用方式转变。随着光学技术的不断发展,涌现出多种适用于煤粉燃烧诊断的原位非接触式光学诊断技术,极大地促进了燃烧学的发展,为煤炭清洁高效利用提供了更多试验手段。介绍了国内外煤粉着火、不同方式下燃烧特性的光学诊断研究进展,对煤粉单颗粒和煤粉颗粒流的着火燃烧过程的光学诊断研究进行总结。目前常用的煤粉燃烧光学诊断技术主要包括全光谱成像、CH*/C2*化学发光成像、平面激光诱导荧光(PLIF)、双色/三色高温计、米氏散射、激光诱导白炽光、相干反斯托克斯-拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等多种先进的光学诊断技术,可对煤粉单颗粒、颗粒流的着火延迟、脱挥发分、挥发分燃烧、着火模式、环境因素(环境温度、氧浓度、气氛)、富氧燃烧、水-氧燃烧、煤中碱金属释放等多方面关键问题进行光学诊断研究,为煤炭清洁高效利用提供了理论和试验基础。采用OH-PLIF和三色高温计对热解半焦和神华烟煤混合燃料共燃的着火和燃烧特性进行研究。综合考虑着火延迟和混合物的燃尽率,热解半焦的最佳掺混比为20%,为热解半焦的实际工业应用提供了参考。同时采用500 Hz、5 k Hz高时间、空间分辨率的OH-PLIF技术探究煤粉颗粒流中单颗粒挥发分燃烧的发展过程和挥发分着火的时序演变过程,通过二者的结合获得煤粉颗粒流从着火到挥发分燃烧的时间特性。采用OH-PLIF技术对烟煤和褐煤煤粉颗粒流燃烧火焰的脱挥发分和挥发分燃烧行为进行探究,提出采用OH信号径向分布的相对标准偏差探究火焰稳定性的方法。相同燃烧条件下,烟煤煤粉颗粒流燃烧的稳定性高于褐煤。基于OH-PLIF和CH*化学发光诊断技术,提出一种用于探究煤粉颗粒流中颗粒挥发分燃烧振荡特性分析方法——动态模态分解方法(DMD)。随着氧浓度的增加,挥发分火焰振荡增强。颗粒的聚集可能导致煤粉挥发分燃烧的低频振荡。相反,单独或分离的颗粒燃烧会产生较大的振荡频率。但目前取得的成果还不够完善,需要继续深入开展煤粉燃烧的光学诊断试验研究,对污染物NOx的生成及排放、新型水氧燃烧技术中水蒸气作用机理等方面深入探索,开发出新型清洁煤燃烧技术,为我国煤炭资源清洁高效利用做出贡献。     

Macromolecular structure evolution and its significance for perhydrous coal under drying and pyrolysis conditions

ABSTRACT

No. 13-1 perhydrous coal (PHC) was dried by fluidized bed drying with N₂ used as the fluidizing medium in drying characteristics experiments. The PHC was characterized before and after the low-temperature drying process by Fourier transform infrared (FTIR). The drying temperatures tested were 100, 150, and 200°C. Changes in the major functional groups of PHC before and after the drying process were examined on the basis of the FTIR curve-fitting analysis. In addition, the PHC was pyrolyzed through a thermogravimetric analyzer. The pyrolysis temperature ranged from 300 to 650°C, and the temperature increment value was 50°C. The macromolecular structure of PHC before and after pyrolysis was characterized by Raman. The Raman parameters were obtained by spectral curve-fitting analysis. The FTIR results show that following the drying process, the aliphatic hydrocarbons in PHC progressively weakened with increasing drying temperature. Compared with the methyl groups, the oxidation activity of the methylene groups was higher in the low-temperature drying process. As the drying temperature increased, the main oxygen functional groups decreased. Overall, drying provides the chemical environment for hydrogen transfer in PHC, leading to a decline in aliphatic hydrocarbons and a rise in aromatic hydrocarbon content, and accelerates the polycondensation and ordering of large molecules in PHC. The Raman results show that with increasing pyrolysis temperature, the macromolecular structure of PHC becomes more and more similar to that of graphite. The Raman spectral parameters are closely correlated to reflectance. Considering the stability and reliability of the Raman parameters, the full width at half maximum (FWHM) of D2- and G-band was used to characterize the metamorphic grade of the PHC. The FWHM of the D2- and G-bands showed a linear relationship with PHCR₀ in the range of 2.0–7.6%, indicating that the FWHM parameters can be used to determine the PHC rank.     

An experimental parametric study of gas reburning under conditions of interest for oxy-fuel combustion

An experimental parametric study on the NO reduction efficiency by reburning under oxy-fuel conditions has been performed through the gas-phase interactions between different gas mixtures and NO in a CO₂ atmosphere, under flow reactor conditions in the 800-1800 K temperature range. The study provides a wide amount of experimental data on reburning under oxy-fuel conditions to be further used in modeling studies. A higher NO reduction is attained in a N₂ atmosphere compared to CO₂ under fuel-rich and stoichiometric conditions, although the efficiency is similar in both atmospheres under fuel-lean conditions. The formation of HCN in a fuel-rich environment is higher in N₂ than in CO₂ but comparable for other stoichiometries. The influence of the main parameters of the process under oxy-fuel conditions has been found to present similar trends to those observed in literature for reburning in air. A significant NO reduction can be obtained at moderately high temperatures, fuel-rich conditions, high values of the reburn fuel/NO ratio, sufficiently high residence times and low water vapor contents. C₂H₆ has been detected to act as a better reburn fuel as CH₄, whereas CO itself is unable to reduce NO.     

低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议

为改善低阶煤煤质、提高其利用经济性和安全性,阐述了国内外主流的低阶煤粉煤热解提质技术的工艺特点及研究进展,分析了低阶煤粉煤热解提质技术存在的问题,并对低阶煤粉煤热解提质工艺的发展进行了展望。结果表明:粉煤热解一般采用固体热载体热解工艺,具有加热速度快、焦油产量高、热解煤气热值高等优点,是解决大量粉煤利用的关键技术之一。针对粉煤热解工艺存在的关键技术未实现突破、经济效益差、焦油品质难以有效控制、废水处理难度大等问题,提出未来应从实现热解关键技术突破、优选热解反应器、开发热解产品深加工技术、研发可提高焦油产率和改善焦油品质的新工艺、开发新型焦油分离和回收技术、开发含有机物废水的处理方法、开发具有高能源转化效率的多联产工艺等7方面进行粉煤热解提质技术的研究。     

高炉喷吹煤粉的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法(TGA)对国内几家钢铁厂喷吹煤粉(天铁、武钢、马钢)的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中升温速率分别为10、20、40℃/min,终温为1000℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明:喷吹煤粉样的热解特征温度基本随挥发分的增大而降低.随着升温速率的提高,喷吹煤粉的最大热解速度提高.对应的峰值温度升高,最终失重率呈上升趋势.通过用积分法对热解动力学参数求解,得到喷吹煤的热解反应级数为2,热解反应动力学参数的计算结果真实地反映了喷吹煤粉的热解情况.     

煤热解过程中硫的析出规律研究进展

总结了我国煤炭中各种形态硫的赋存规律,及其在热解过程中无机硫与有机硫变迁规律的研究现状,比较不同气氛下各种硫的析出,指出富氢气体在煤炭热解脱硫方面应用前景广阔。     

水煤浆气流床气化过程中氮的迁移

在四喷嘴对置式气流床气化炉中,考察了水煤浆在不同氧碳比气化条件下HCN、NH₃、NO和N₂的轴径向浓度。结果表明：氮污染物(HCN、NH₃、NO)在喷嘴平面处即产生并浓度最高,其主要来源于煤粒快速热解时析出的挥发分,远离喷嘴平面时三者浓度大幅降低并大多转化为N₂,且氧碳比增高有利于N₂的生成,气化室出口处浓度N₂>HCN>NH₃>NO;流场分布使气化室出口附近径向浓度基本一致,而其上部各平面位置靠近炉壁处浓度较低;煤浆中的适量水分有利于HCN和NH₃生成,但过量水分不利于挥发氮析出,使HCN、NH₃和NO生成量降低。