煤焦加速着火及燃烧特性研究

通过热重和差示扫描量热(TG-DSC)同步热分析仪,分别在空气气氛及富氧条件下,研究3种焦样燃烧过程的质量变化和热效应.得出空气气氛下,随着加热速率的增加,释热速率曲线的峰值增加,最大释热速率对应的温度则出现滞后,最大释热加速度对应的温度max()aT增加,加速度峰值(amax)也随之增加;maxaT越低,amax越高,表明煤焦活性越高.富氧条件下,随着氧气体积分数从21%,增加至100%,,最大释热速率逐渐增大,释热速率曲线呈现出越来越高及窄的趋势,maxaT呈现出下降的趋势,amax呈上升趋势;相同氧体积分数下(21%),空气气氛amax值大于富氧条件下的值,说明焦样在空气条件下的反应活性较高,随着煤阶的增加,maxaT增大,amax递减,表明煤焦反应活性逐渐降低.     

木基和竹基生物质燃料燃烧动力学特性研究

选用木基和竹基生物质燃料进行燃烧热重实验,分段推断其燃烧反应机理及拟合计算动力学参数,探究燃烧动力学特性随温度变化规律。结果表明:木基生物质燃料着火温度、燃尽温度、挥发分析出燃烧最大速率及其对应温度均低于竹基生物质燃料,焦炭燃烧阶段前者的燃烧速率大于后者;木基生物质燃料挥发分析出燃烧初期(260~280℃)和过渡阶段(360~440℃)燃烧反应机理为三维扩散机理(G11),挥发分析出燃烧及焦炭燃烧最大速率前后的机理函数不相一致,竹基生物质燃料整个燃烧反应过程可用同一机理函数描述。挥发分析出燃烧阶段,木基生物质燃料活化能随温度按"增加-下降-增加-下降"变化,竹基生物质燃料则先增加至峰值后下降。     

一次风速度对煤颗粒群着火特性影响的实验研究

利用Hencken型平面携带流反应器,研究了一次风速度对两种高挥发分褐煤和一种贫煤射流着火特性的影响.实验结果表明,低雷诺数(Re=878)条件下,贫煤煤粉气流先后发生外层单颗粒着火燃烧和内层颗粒群着火燃烧,煤粉颗粒着火和燃烧轨迹十分规则.但在高雷诺数(Re=4,392)条件下,贫煤煤粉气流更难形成群燃火焰,呈现出暗红色火焰.随着一次风速度的增加,尽管煤粉颗粒的停留时间减小,但湍流强度的增加使颗粒加热速率以及挥发分析出的强化作用占主导,使得煤粉气流的着火距离减小.此外,群燃火焰在挥发分聚集到一定程度后产生,是颗粒群燃烧的特有现象,而煤种挥发分含量的增加和有效聚集有利于群燃火焰的出现.     

陕西主要动力煤种燃烧特性的热天平研究

为了研究分析陕西主要煤种的燃烧特性,采用德国NETZSCH STA-409PC型热重分析仪分析了样品质量、升温速率、粒径对煤粉燃烧特性的影响。实验结果表明,随着粒径的减小,神木烟煤的燃烧性能先增强后变弱,粒径75～90μm左右燃烧特性最好。升温速率、样品质量对煤粉的燃烧特性也有影响。随着升温速率的提高,煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高;随着质量的增加,煤粉的着火温度略有降低,燃尽温度却逐渐增大,最大失重速率明显增大,放热效应的最大温度点逐渐增大,并且煤粉挥发分燃烧低温放热与固定碳燃烧高温放热有一定的分期。     

煤粉热解特性对其富氧气氛下着火机理的影响

利用非等温热重分析法对两种烟煤的热解特性及富氧下的燃烧特性进行研究.实验结果表明,煤粉中低温下的热解行为对其富氧气氛下的着火机理有明显影响.挥发分初析温度低、热解特性指数D大的煤,随着氧体积分数的增加,着火方式逐渐由非均相转变为均相.而挥发分初析温度高、D较小的煤,着火方式则无明显变化.热解活性高的煤,在着火机理转变后,着火温度显著降低,但燃尽温度基本不受影响.氧体积分数提高后两种煤粉的燃烧特性指数S都有所增大,但相同氧体积分数下不同煤种之间的S相差不多,说明着火机理的改变对S无明显影响.     

花生壳与煤共燃的燃烧特性研究

用热重分析法,对花生壳与煤以相同比例掺混后在不同升温速率下进行了共燃试验。研究表明,生物质的加入改善了煤的燃烧性能,且随升温速率的升高,着火温度呈下降趋势;各试样的挥发分最大释放速率、固定炭最大燃烧速率、燃尽温度均呈增加趋势,它们的燃烧特性均随升温速率的升高而变好。     

对冲扩散火焰中单颗粒煤着火瞬态模型

建立了适用于分析对冲扩散火焰中单个煤粉颗粒穿焰过程的瞬态模型,考虑了流场、温度场及组分浓度分布对单颗粒煤的运动、升温及着火特性的影响.结果表明,计算条件下煤粉颗粒最大升温速率均超过1×105,K/s.煤颗粒在穿焰过程中的着火温度随粒径增长单调递减,同时着火延迟时间先增长后趋缓.在火焰面后发生均相着火的煤颗粒其着火延迟时间随粒径变化很小,可能是因为进入高浓度氧化性气氛使得析出的挥发分迅速着火.     

煤燃烧特征温度与变质程度的关系

通过热重燃烧实验和煤岩镜质体反射率实验,研究了煤燃烧着火温度、峰值温度和燃尽温度与反映煤变质程度的干燥无灰基挥发分质量分数w(Vdaf)和碳质量分数w(Cdaf)的关系,探讨了燃烧速率峰的相对位置与变质程度的关系.结果表明:在程序升温条件下,煤着火温度随变质程度的加深呈现逐渐升高的趋势,而峰值温度、燃尽温度与着火温度均呈现较好的线性关系,相关系数R2分别为0.961 4和0.956 6;煤燃烧速率峰的相对位置较好地反映了变质程度的高低,变质程度高的煤,其燃烧失重曲线和燃烧速率峰相对位置均处于高温段,变质程度低的煤,其燃烧失重曲线和燃烧速率峰相对位置均位于低温段.     

生物质与煤共燃的燃烧特性研究

采用热重分析法，对5种生物质与煤以相同比例掺混后在不同升温速率下进行了共燃试验。研究表明，生物质的加入改善了煤的燃烧性能，且随升温速率的升高，着火温度乃呈下降趋势；各试样的挥发分最大释放速率、固定炭最大燃烧速率、燃尽温度均呈增加趋势，它们的燃烧特性均随升温速率的升高而变好。     

煤粉与生物质混燃的低温着火特性

利用自制的管式炉恒温热重测量实验台研究了掺混比、温度、煤种以及生物质种类等因素对煤粉与生物质混燃时低温着火特性的影响,并对煤粉与生物质混燃时的低温着火活化能进行了计算.结果表明:随着掺混比的增大,混合物的燃烧速率加快且燃尽程度提高;温度升高能改善煤粉与生物质混合物的燃烧特性;掺混生物质对难燃煤的着火特性影响比对易燃煤更明显;对于某一煤种,掺混水分和挥发分含量高的生物质,燃烧初期的失重速率加快;掺混灰分含量越多的生物质,在燃烧后期对煤粉的促燃作用越差;燃烧反应活化能随着生物质掺混比和温度区间的增大而减小.     

生物油热解及燃烧特性分析

对由木粉热解所得的生物油样品分别进行了氮气与氧气气氛下不同升温速率的热重分析试验.结果表明:生物油的热解分为两个阶段,第一阶段为生物油中低沸点有机物的挥发以及各组分间反应生成各类产物的过程,第二阶段为各种重组分的裂解过程;生物油的燃烧分为3个阶段,即前期的挥发与裂解和最后焦炭的燃烧过程.提高升温速率使氮气气氛中生物油样品的初始失重温度、失重峰值温度及对应的最大失重速率均有所增大,且在较高升温速率(20℃min)下,较少含炭残余物形成.随升温速率升高,生物油着火温度提高,最终失重率无变化.最后根据热重数据对热解与燃烧各段反应进行了动力学拟合.     

废轮胎热解半焦的单颗粒燃烧特性实验研究

在单颗粒燃烧系统上研究了废旧轮胎热解半焦颗粒的燃烧特性，并探究了温度与颗粒粒径对燃烧的具体影响．结果表明，半焦颗粒在850℃及以下燃烧时经历挥发分析出及着火、挥发分燃烧、焦炭着火及焦炭燃烧4个阶段，在机理上属于典型的均质着火机理；在950℃以上时，焦炭着火早于挥发分着火，其着火机理转变为联合着火．此外，温度升高会缩短半焦颗粒着火时间等特征时间，而半焦颗粒粒径的增加则会增大挥发分火焰的体积并显著延迟焦炭的着火时间．研究结果为高效清洁利用轮胎衍生燃料提供了一定的基础研究数据．     

基于OH-PLIF测量技术的煤粉射流火焰着火燃烧特性

在光学诊断型煤粉燃烧器系统上研究煤粉着火燃烧特性,利用ICMOS相机捕捉射流火焰总光强信号、自发辐射信号以及PLIF荧光信号,根据获得信号的品质,判断各种测试手段的优缺点.计算射流火焰总光强和PLIF荧光信号的着火延迟时间,分析PLIF测量手段的可靠性,结合OH-PLIF技术的瞬态图像,以及着火延迟时间的变化规律,分析射流火焰挥发分着火及燃烧特性.研究结果表明,颗粒群着火是挥发分先析出着火燃烧,然后加热焦炭颗粒燃烧的过程.     

煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究

对冷水江和斗笠山两种煤粉,采用热天平进行了热重分析实验,分析了煤粉样在不同细度下的着火特性、燃烧特性、燃尽性能及动力学参数,给出了反映煤粉燃尽性能的综合判别指数Hj并进行了对比.结果表明:在相同的升温速度下,随着煤粉粒径的减小,挥发分析出量及DTG峰值增大,出现最大燃烧速率的时间提前;煤粉粒径减小,活化能降低,着火温度降低,着火提前,煤粉的燃烧特性也随之变好.     

恒温下准东煤粉燃烧特性研究

针对准东煤碱金属含量高导致灰熔融温度低、在燃烧过程中容易造成沾污及结焦等问题,利用恒温热重实验系统,研究了准东煤的燃烧特性及温度、煤种掺混等对燃烧特性的影响。实验结果表明：单煤煤种燃烧过程中,不同煤种燃尽时间、燃烧速率存在显著差异,其中路茂通坎乡煤种和永华金泰煤种差异最大,路茂通坎乡煤种易着火,燃烧速率快,燃尽时间短;随着温度升高,单煤燃烧失重曲线发生左移,燃尽时间缩短,燃烧速率上升,表明温度升高会加速煤粉燃烧,并且1 000℃后提高温度对焦碳燃尽的促进作用更明显;掺混燃烧过程中,掺烧高挥发分的煤种可以有效改善煤粉燃烧初期着火特性,而掺烧高固定碳煤种可使燃尽时间延长,从而降低燃尽率;混煤掺烧能够提高灰熔点,有效改善准东煤熔融特性,从而在煤源方面减少或者避免炉膛受热面沾污、结渣,确保锅炉运行的安全性和经济性。     

煤粉等温燃烧挥发分、焦炭分阶段SO_2释放规律研究

利用自制SO_2测量系统,对煤粉及煤焦进行了等温燃烧实验,针对挥发分与焦炭分阶段SO_2释放规律研究了温度、煤质、氧浓度对SO_2释放的影响。结果表明:煤粉等温燃烧过程中,经历了挥发分SO_2的快速释放和焦炭SO_2的缓慢释放,挥发分SO_2和焦炭SO_2的释放存在一定的重叠时间。随着温度升高,焦炭SO_2转化率显著增大,挥发分SO_2转化率变化不大。不同煤种SO_2转化率差异明显,低阶煤挥发分S0_2的转化率较低,塔山煤和印尼煤的焦炭SO_2转化率显著低于阳泉煤。随着氧浓度升高,挥发分和焦炭SO_2释放速率加快,挥发分SO_2和焦炭SO_2转化率均升高,挥发分SO_2的释放对氧浓度的变化更为敏感。     

污泥与秸秆掺烧的燃烧特性研究及应用

利用热重分析法对某城市污泥和秸秆及其混合样的燃烧特性进行了分析研究,结果表明,在加热速率20℃/min,温度为20¹ 000℃,空气气氛下,污泥和秸秆及其混合样燃烧的失重特性和燃烧性能存在差异。单一污泥试样的着火温度为334.2℃,试样着火后,燃烧速率并不高,不能快速形成较高的燃烧温度,且燃烧过程不均匀。污泥中掺入秸秆后,秸秆中的挥发分在低温区大量析出和燃烧,增加了反应的剧烈程度,提高了混合样的燃烧稳定性和燃尽水平。随着秸秆掺混比例的增加,混合试样的着火点温度明显降低、最大燃烧速率出现的温度提前、可燃性指数逐渐增加。当秸秆的掺混比为20%,混合样品的低位发热量达到13 911 kJ/kg。     

挥发分火焰对碳粒燃烧的影响

建立了球坐标系下传热、传质、化学反应全耦合的煤粉燃烧数值模拟程序．通过煤粉与事先脱除挥发分的焦炭的对比实验及数值模拟,研究了挥发分火焰对碳粒表面一次产物CO火焰的点燃及碳粒燃烧的影响．傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测温实验及煤粉燃烧动态过程的数值模拟结果不仅进一步验证了碳粒着火初期CO火焰所引起的颗粒高温现象,而且给出了挥发分引燃表面反应一次产物CO的直接证据．由于挥发分火焰的引燃作用,碳粒可以在较其非均相着火温度为低的温度下被点燃,阐明了Juntgen提出的联合着火方式的物理本质．     

生物质与煤富氧混合燃烧特性研究

采用热重分析仪研究了棉秆、玉米芯和大同煤以及它们之间混合燃料的富氧燃烧特性。分析了富氧条件混合燃料的燃烧特征参数,如着火温度、峰值燃烧速率及其对应温度、燃尽温度及综合燃烧特性指数。采用Coat-Redfern法计算混合燃烧动力学参数。结果表明:在O2/CO2气氛下,提高氧气浓度可以改善生物质与煤混合燃料的燃烧反应,降低燃尽温度,使混合燃料的燃烧反应向低温区域移动;燃烧反应活化能在挥发分析出和固定碳燃烧的两个阶段均增大;但生物质与煤的掺混比例在30%情况下,氧气浓度的变化对混合燃料的着火温度的影响规律并不明显。在50%O2/50%CO2气氛下,随着生物质比例的增加,所有特征参数向低温区域前移,混合燃料燃烧反应活化能在挥发分析出阶段逐渐减小,在固定碳燃烧阶段逐渐增大。Coat-Redfern模型可以较好的描述棉秆或玉米芯与大同煤混合物在空气或富氧条件下的主要燃烧过程。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.