煤的快速热解动力学研究

煤的快速加热条件下的热解研究对煤气化反应过程以及气化炉的运行有着重要的意义。试验采用TGA/SDTA 851型热天平对不同煤种、不同升温速率、不同灰煤比下的煤快速热解特性进行研究，同时对3种气氛下煤的动力特性进行分析。研究发现：随着升温速率的增加，最大失重速率也有所提高；随着煤的变质程度提高，热解最大失重速率有所降低；随着灰/煤比的增加，失重速率先升后降。说明存在一个最佳的灰/煤比，使得失重速率达到最大值；在N2、、O2、CO2 3种气氛下，CO2气氛下的气化反应进行的温度要高于N2气氛下的热解和O2气氛下的燃烧温度，气化与燃烧相比，气化反应进行的剧烈程度远远小于燃烧。文中也根据Coast-Redfern积分方法得出了煤热解的表观动力学参数。     

O2/CO2和O2/N2气氛下不同煤种的热解与燃烧试验研究

采用热重-质谱联用仪分别研究了3种煤在O2/N2和O2/CO2气氛下的热解和燃烧特性.结果表明,与N2气氛相比,CO2气氛下煤粉的热解过程可分为水分的蒸发、挥发分的释放以及较高温度下煤焦与CO2的气化反应;随燃烧气氛中氧浓度的增加,煤粉的TG-DTG曲线移向低温区,着火温度和燃尽温度降低,煤粉综合燃烧特性指数增大;在相同的燃烧气氛及氧浓度下,PRB次烟煤的着火温度和燃尽温度明显低于Illinois烟煤和Utah烟煤.     

矿物成分对超细化煤粉燃烧特性影响的实验研究

采用热天平研究了超细化鹤岗、铁法、准葛尔3种脱灰煤样(HCl/HF脱灰)，及分别添加NaOH、KOH、MgO、CaO、Al2O3和Fe2O3矿物成分制成试验样品的燃烧特性。实验中气体流量为50mL/min，氧气体积百分比浓度为20%，升温速率为20℃/min。通过对所获得的热失重(TG)和失重微分(DTG)曲线的分析，比较了各种矿物质对3个煤种燃烧特性的影响。结果发现，NaOH、KOH使鹤岗、准噶尔和铁法煤的脱灰样品的着火降低50℃左右，最大失重速率温度和活化能降低；Fe2O3提高了3种脱灰煤样的着火温度，抑制挥发分反应活性；Mg、Ca、Al、Fe对3种脱灰煤样影响不同，与煤的品种有关。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

煤在CO_2气氛中的热解气化动力学研究

采用热重分析法对CO2气氛下不同煤种、不同升温速率、不同灰煤比对煤的热解气化动力学特性的影响进行了研究。结果表明,随着升温速率的增加,反应速率下降,反应的活化能增加;在相同的升温速率下,随着灰煤比的增加,灰中的金属氧化物起了催化作用,使反应速率增加,反应的活化能减小,在高温阶段尤为明显;随着煤变质程度的增加,反应速率降低。     

O2/CO2气氛煤粉燃烧特性试验研究

O2/CO2燃烧技术是一种可分离回收CO2的新型燃烧技术，其燃烧机理与常规空气气氛燃烧存在着较大的差异。为此，该文在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(j(O2)=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及综合燃烧性能指数。试验结果表明，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，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。在O2/CO2气氛下随着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，煤粉综合燃烧特性指数增大，表明提高O2浓度可改善O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性。     

基于热重红外联用的复合绝缘子芯棒热解特性研究

近年来我国交流500k V输电线路复合绝缘子异常发热故障时有发生,给输电线路安全运行带来隐患。为了研究复合绝缘子芯棒的受热分解机理,该文采用热重红外联用技术(TG-FTIR)和分布式活化能模型(DAEM)探讨不同升温速率下芯棒的热解过程及气体产出规律。结果表明:不同升温速率下的热重和微分热重曲线形状基本一致,且随着升温速率的增大,热解起始和终止温度均向高温侧移动;芯棒材料的热失重主要发生在270~620℃温度范围内,并分为两个阶段:第一阶段(270~470℃)样品的热失重主要由环氧树脂基体发生热分解所致,气体产物主要为醛类、酮类、酸类和CH4;第二阶段(470~620℃)样品的热失重则是由于环氧树脂基体热解生成的残渣进一步发生氧化反应所致,气体产物主要为H2O、CO2及CO等;芯棒热解过程中的表观活化能在104~524k J/mol范围内变化,并且活化能上升对应热解第一阶段,活化能下降对应热解第二阶段。研究结果可为进一步探讨芯棒材料的热老化机理提供理论参考。     

煤粉热解特性实验研究

利用热天平,以高纯氩气为气氛气体,研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性。实验结果表明,不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为四个阶段,在1400℃之前DTG曲线有两个失重峰。从室温至400℃之间的,各样品的失重特性无明显区别。在400-980℃间,粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性。升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在,随着升温速率的提高,挥发分的初析温度降低;热解最大失重速率增大,达到最大失重速率的温度升高,煤粉的热解特性指数D值增大,即升温速率的增加有利于细煤粉的热解。此外,在10℃/min加热条件下,对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性,发现挥发分含量接近,而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤。     

石墨燃烧特性热重实验研究及动力学分析

以高温气冷堆燃料球内外层两种石墨为研究对象，利用程序升温的热重分析法研究了其在不同工况下的燃烧特性，并进行了动力学分析。结果表明，在空气气氛下，内层石墨的着火温度为770±10℃，外层石墨的着火温度为780±20℃；随着氧气浓度增加，石墨燃烧的综合燃烧特性指数增大，TG曲线向低温区移动，DTG曲线峰值变大，峰宽变窄；随着升温速率增加，TG曲线向高温区移动，DTG曲线峰值显著增大；计算获得燃烧条件下，内层石墨的表观活化能为190±10 kJ/mol，外层石墨表观活化能为270±20 kJ/mol；所得表观活化能值与指前因子值存在较为明显的补偿效应。     

煤中主要外在矿物质在O_2/CO_2气氛中的迁徙转化

以煤中几种典型外在矿物的纯矿物及其混合矿物为研究对象,比较分析了空气气氛和O2/CO2气氛下黄铁矿、高岭石和方解石,以及黄铁矿和方解石含量高的易熔融混合矿物和高岭石含量高的难熔融混合矿物的热转化行为。研究结果表明,O2/CO2气氛下黄铁矿和高岭石的热转化行为与空气气氛并没有明显不同,但O2/CO2气氛下黄铁矿在氧化过程中会有少量中间产物磁铁矿生成。CO2的存在对方解石的转化影响较大,会使方解石的分解温度延迟160~180℃左右。在O2/CO2气氛下,混合矿物的热转化行为并不是单个矿物转化行为的简单叠加,高温时矿物质之间的相互作用更加明显,易于形成低温共熔物钙硅铝酸盐类物质,从而更容易促进矿物的熔融,结渣倾向更明显。     

O2/CO2气氛煤粉燃烧及固硫特性研究

该文利用热重法分析了O2／CO2、空气两种不同气氛下煤的燃烧特性，得出与空气条件相比，O2／CO2条件下煤的着火及燃尽温度有明显降低、燃烧特性指数提高的结论，即O2／CO2气氛可改善燃烧过程、优化燃烧特性。同时通过对两种情况下煤粉燃烧钙基脱硫特性的比较，发现较高浓度的CO2气氛可阻止石灰石的分解，其硫化反应机理与传统方式下不同，脱硫效果有较大提高，并且这种优势在一定范围内随温度的升高以及CO2体积含量的增加而愈加显著。由此得出，O2／CO2气氛不仅有助于煤粉燃烧而且可以有效地提高脱硫效率，克服了传统空气方式下高温脱硫效率低的缺点。     

O2/CO2与空气对燃煤汞形态分布的影响

为研究O2/CO2和空气燃烧方式对汞形态分布影响的差异,借助管式试验炉,对空气和O2/CO2 2种气氛下对4个煤种分别在600、800、1 000 ℃下进行了堆燃。燃烧过程中烟气的汞排放,采用Ontario Hydro方法进行吸收测试,比较了O2/CO2和空气气氛下的汞形态分布特点。试验结果表明,在相同温度下,与空气燃煤相比,煤粉在O2/CO2气氛下燃烧单质汞含量升高,二价汞含量降低。随着反应温度的升高,这两种气氛下单质汞的含量均逐渐降低,而二价汞的含量逐渐升高。同时在相同温度和反应气氛下,不同煤种汞形态分布不同,含硫量高的煤燃烧烟气中二价汞的含量比低硫量的煤高,而单质汞的含量比含硫量低的煤要低。而煤粉充分燃烧时,温度和煤种对于4种燃烧气氛下灰分中残留汞元素含量产生较小影响。     

O2/CO2气氛下烟煤燃烧过程中S的析出特性

通过X射线光电子能谱仪对徐州烟煤中S的存在形态进行分析,在常压热重分析仪上进行了烟煤在模拟空气和不同O2/CO2浓度下的燃烧试验,并通过傅里叶变换红外光谱仪对其中S的释放进行测量。结果发现,在模拟空气气氛和30%O2/70%CO2气氛下,煤燃烧过程中SO2的排放浓度随时间呈双峰析出;在21%O2/79%CO2气氛下,SO2浓度随时间变化出现3个峰值;在高O2浓度下(不小于40%)时,SO2随时间呈单峰析出。在空气气氛下,烟煤燃烧的SO2总生成量比在同等O2浓度的O2/CO2气氛下小;随着O2浓度的提高,O2/CO2气氛下烟煤燃烧的SO2总生成量先升高后减小。     

富氧气氛下煤焦热重试验与模拟

进行了不同氧浓度的O2／CO2气氛与O2／N2气氛下的煤焦热重试验,分析了氧浓度和气氛对煤焦失重反应的影响;进行了煤焦反应的动力学模拟,模拟值与热重试验结果吻合较好。     

煤在O_2/CO_2及O_2/N_2气氛下燃烧NO析出规律的实验研究

以阳泉无烟煤(YQ)、聊城贫煤(LC)和里彦烟煤(LY)为研究对象,在卧式管状炉上重点考察了O2/N2和O2/CO2气氛下,三种煤粉燃烧过程中NO的析出规律。实验结果表明O2/CO2气氛能够减小NO的析出速率,并且降低NO的转化率。相比较O2/N2气氛,NO析出曲线平坦,峰值小,持续时间长,在1 173 K的温度条件下,YQ、LC和LY的NO转化率分别为31.45%、20.58%、17.73%,比相应的O2/N2气氛下降低了20.48%、12.42%和24.78%。在1 173 K范围内,提高温度对O2/N2和O2/CO2气氛下的NO转化有均有促进作用,超过此温度则转化率变化不明显。CaCO3的加入促进了NO的析出,并且YQ、LC在Ca/S小于2,LY在Ca/S小于3时,随着CaCO3量的增加NO转化率提高较为明显,进一步提高Ca/S,则固硫剂的作用有所削弱。相对于O2/N2气氛,O2/CO2气氛下的加钙脱硫可以抑制NO的生成,相同条件下的NO转化率可降低25%左右。     

煤粉燃烧过程中矿物质气化影响因素的模拟研究

鉴于目前国内的实验设备和测量手段，精确测量煤燃烧过程中各种矿物质的气化率还存在很大困难。该文通过建立煤中矿物质气化的数学模型，针对煤中SiO2和FeO两种成分，来探讨相关因素对它们气化率的影响，最后应用CFD软件来研究它们在600MW锅炉内的气化行为。计算结果表明：温度是煤中SiO2和FeO气化的主要影响因素，煤粒粒径和CO2浓度也会对它们有一定影响。通过与实验结果的比较，表明计算结果比较合理。     

废轮胎胶粉与煤混烧的热重分析

采用热重分析法(TGA)对胶粉、煤粉及胶粉与煤混合物燃烧特性进行分析, 研究煤粉与胶粉混合比例对混合燃料着火特性和燃尽特性的影响规律。结果表明: 胶粉的燃烧特性与煤的燃烧有较大的区别, 高灰分煤的燃烧主要受固定碳燃烧控制; 而胶粉在燃烧过程中, 其高挥发分的析出和燃烧起主要作用。与煤粉相比, 掺10%、30%和50%的胶粉后燃料的着火温度分别降低8、30℃和80℃, 且促进了燃料的燃烧速率, 这主要是由于胶粉含大量挥发分且在较低温度下即可明显析出和燃烧的结果, 胶粉与煤的混烧有利于改善高灰分煤的着火和燃尽特性。