随机孔模型应用于煤焦燃烧的动力学研究

采用热重法研究煤焦在变温和等温条件下的燃烧过程,分析升温速率和温度对煤焦燃烧行为的影响,用随机孔模型(RPM)研究煤焦的燃烧失重过程,得到了煤焦燃烧变温和等温动力学方程. 实验结果表明,变温实验中,随着升温速率的增加,煤焦燃烧的失重曲线向高温方向移动,最大燃烧速率增加,升温速率由5℃/min增加到20℃/min时,最大燃烧速率由3.2%/min增加到11.3%/min;等温实验中,随着燃烧温度的提高,煤焦最大燃烧速率增加,燃烧温度由510℃增加到630℃时,最大燃烧速率由2.1%/min增加到8.3%/min,煤焦燃烧性能得到改善. 动力学计算结果表明,RPM能较好描述煤焦变温和等温燃烧过程中煤焦转化率与温度和时间的关系,煤焦变温和等温燃烧的表观活化能分别为84.27和64.16 kJ/mol.     

果壳生物质燃烧特性与动力学分析

为充分利用果壳生物质废弃物,采用热重分析对油茶壳、核桃壳、澳洲坚果壳进行了燃烧实验研究,考察了不同升温速率下3种果壳生物质的燃烧特性及动力学参数。结果表明：3种果壳生物质燃烧特性不同,但燃烧特性参数均随升温速率升高而增大;随着升温速率的增加,着火点、燃尽温度、最大燃烧速率、平均燃烧速率及综合燃烧特性指数提高;10℃/min时,油茶壳、核桃壳、澳洲坚果壳综合燃烧特性指数分别为0.56×10^-7、1.18×10^-7、0.88×10^-7;3种果壳生物质的燃烧反应遵循一级反应动力学模型,相关系数（R²）均达0.93以上,低温阶段活化能为30.40~52.41 kJ/mol,高温阶段活化能为18.49~40.62 kJ/mol,低温阶段活化能均大于高温阶段。     

溴化丁基橡胶液体抗氧剂的热分析研究

用热失重法(TG)和差示扫描量热法(DSC)分别测定了添加4种新型液体抗氧剂的溴化丁基橡胶(BIIR)的热失重温度、氧化诱导时间和氧化诱导温度,综合考察了4种抗氧剂的热稳定性和抗氧化性能,评选出性能最好的抗氧剂及其最佳添加量,并分别计算了BIIR的等温和非等温(动态)热氧化反应的活化能。结果表明,4种抗氧剂的热稳定性和抗氧化效果差异较大,但均能不同程度改善BIIR热氧化稳定性。等温热氧化动力学实验结果表明,BIIR热氧化反应符合阿伦尼乌斯方程,抗氧剂添加前后BIIR等温氧化反应活化能分别为131.14kJ/mol、150.25kJ/mol;动态热氧化动力学实验得到抗氧剂加入前后BIIR的非等温氧化反应活化能分别为86.23kJ/mol和108.49kJ/mol。     

高硫煤泥燃烧过程中的汞排放特性

通过固定床程序升温汞脱附试验系统对所选高硫煤泥中汞排放特性进行在线监测,并利用热重分析仪对煤泥热解和燃烧特性进行研究,结合试验所得热解和燃烧特性参数,采用分布活化能模型,进行动力学分析。结果表明：煤泥的热解和燃烧过程可分为3个阶段,非等温条件下,随着升温速率增加,热解过程在高温区发生,最大失重率提升,对应峰值温度偏移,产生热滞后,利于挥发分析出;在煤泥热解过程中少量氧气的参与,抑制挥发分的析出,在7% O₂条件下综合热解特性参数值D最大。热解性能随CO₂浓度升高而得到改善;煤泥燃烧性能随升温速率的增加而得到加强,其活化能随转化率变化呈现“U”型趋势分布;煤泥中无机汞化合物主要为HgCl₂、α-HgS、HgSO₄以及硅铝酸盐类结合汞,总汞释放主要范围对应200~600℃;煤泥中汞释放量随O₂浓度增大,CO₂气氛条件下,随着CO₂浓度增加,总汞释放量逐渐增大。     

煤粉添加高炉除尘灰混合燃烧特性及动力学研究

利用热重分析天平,采用非等温燃烧方法对除尘灰与2种煤粉的混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究. 考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,计算了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A. 结果表明,两参数均随混煤中除尘灰比例的增加而降低,存在"动力学补偿效应". 煤中掺入除尘灰后,试样燃烧的第一和第二阶段的Ea均呈现下降规律,但对不同煤粉影响效果程度有较大差别. Ea的计算表明,除尘灰的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用,且5%为最佳掺混比例.     

城市污泥与秸秆共水热炭化产物的燃烧特性与动力学研究

采用热重分析法研究了城市污泥（SS）与小麦秸秆（WS）在220℃下共水热炭化（Co-HTC）产物水热炭（Hydrochar）的燃烧特性与反应动力学。对比分析水热炭从室温升至1 000℃的燃烧特性,采用KAS法计算燃烧过程中样品的活化能。结果表明,水热炭化后,污泥和秸秆的着火温度升高、失重率下降。随着混合物中WS质量分数从30%增加到70%,共炭化产物的综合燃烧特性指数从3.47增加到11.35,燃烧性能显著增强,且T_i和T_f之间的温度区间变窄。城市污泥与秸秆混合水热制备的生物质炭燃烧过程中存在协同作用,在320℃时协同作用最强。WS质量分数为50%时,水热炭燃烧的平均活化能达到最小值,为22.55 kJ/mol。     

高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源，具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点，但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题，提高能源利用率，实现节能减排，该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性，分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响，并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明：混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小，第2阶段变大，燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下，掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增...     

干熄焦除尘灰与低灰煤混合燃烧特性及动力学

采用综合热重分析仪对不同比例干熄焦除尘灰与高炉喷吹低灰煤混合燃烧过程的动力学特性进行研究,在流速为60 m L/min的空气中,以不同升温速率从室温升至1173 K进行非等温燃烧实验.结果表明,干熄焦除尘灰配入比及升温速率对低灰煤燃烧过程有重要影响,随干熄焦除尘灰配比增加,混料的着火点和燃尽温度逐渐降低,最大失重率和可燃指数逐渐增大,混料的燃烧性能逐渐变好.利用非等温实验模型FWO对混料在不同升温速率下的燃烧过程进行动力学分析,干熄焦除尘灰配入比从0增加到10%,混料燃烧的活化能从92.82 k J/mol降低到47.37 k J/mol,配入量为8%时可显著降低混料燃烧的活化能.     

预处理稻壳及其与杨树锯末掺混燃烧特性和燃烧动力学分析

采用热重技术对稻壳（DK）和杨树锯末（JM）燃烧进行分析,考察了不同预处理方式对稻壳燃烧特性的影响,并研究了不同升温速率及稻壳和杨树锯末掺混质量比对掺混燃烧特性及燃烧动力学的影响。结果表明：水洗及酸洗可使稻壳燃烧TG-DTG热重曲线向高温区移动,最大失重速率及对应失重温度升高。水洗使稻壳综合燃烧特性指数提高2.5×10^-7~5.9×10^-7%/（min²·℃³）,而酸洗使稻壳综合燃烧特性指数下降11×10^-7~11.9×10^-7%/（min²·℃³）。不同预处理后稻壳在挥发分析出燃烧阶段的活化能高于未处理稻壳,酸洗后稻壳焦炭燃烧阶段活化能降低16.94 kJ/mol,而水洗使稻壳焦炭燃烧阶段活化能升高。提高稻壳添加比例,混合燃料着火温度和燃尽温度降低。随着升温速率的提高,混合样品综合燃烧特性指数和残余率升高。70%稻壳和30%杨树锯末混合燃料在升温速率40℃/min下燃烧产生协同效应。     

生活垃圾与花生壳水热炭化物的燃烧特性研究

以生活垃圾（MSW）与花生壳（PS）共水热炭化产物的理化性质研究为切入点,采用热重分析法探究炭化物的燃烧特性及反应动力学,结果表明：炭化物在燃烧过程中出现3个失重峰,第二个失重峰的损失程度最大,超过了燃烧总失重的50%。同一炭化温度条件下,随着PS掺混占比的增加,燃烧越彻底,热重曲线逐渐偏向高温区。随着升温速率的提高,炭化物的着火温度、燃尽温度、燃烧特性指数均提高。MSW与PS混合共水热炭化的炭化物在燃烧过程中存在协同作用。生活垃圾掺混花生壳,随着炭化温度的升高（180~260℃）,固定碳含量与燃烧特性指数S均先增后减,最小着火能量（E_αi）先减后增。MSW与PS按质量比5∶5掺混,在220℃的条件下共炭化,升温速率为40℃/min时,其产物220MSW5PS5的燃烧特性指数最高（5.727×10^-6 min^-2·℃^-3）,最小着火能量最低（89.55 kJ/mol）。     

麦秆与麦秆成型块燃烧特性研究

利用热分析法(TG-DTG)对麦秆和麦秆成型块分别在10、20和30 ℃/min的升温速率条件下的燃烧特性进行了研究,考察了其燃烧过程、着火温度、燃尽温度,计算了综合燃烧特性指数,并进行了燃烧动力学分析。结果表明:麦秆和麦秆成型块的着火温度在250～260 ℃左右,随着升温速率的增加而增加;综合燃烧特性指数明显高于煤。麦秆和麦秆成型块的燃烧反应遵循燃烧动力学的基本方程,属于一级反应。     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

Air and oxy-fuel combustion characteristics of biomass/lignite blends in TGA-FTIR

Pyrolysis and combustion behavior of indigenous lignite, olive residue and their 50/50 wt.% blend in air and oxy-fuel conditions were investigated by using thermogravimetric analyser (TGA) combined with Fourier-transform infrared (FTIR) spectrometer. Pyrolysis tests were carried out in nitrogen and carbon dioxide environments which are the main diluting gasses of air and oxy-fuel environment, respectively. Pyrolysis results of the parent fuels and the blend show that weight loss profiles are almost the same up to a temperature of 700 °C in these two environments, indicating that CO₂ behaves as an inert gas in this temperature range. However, further weight loss takes place in CO₂ atmosphere at higher temperatures due to CO₂-char gasification reaction which leads to significant increase in CO and COS formation as observed in FTIR evolution profiles. Comparison between experimental and theoretical pyrolysis profiles of the blend samples reveals that there is no synergy in both atmospheres. Combustion experiments were carried out in four different atmospheres; air, oxygen-enriched air environment (30% O2-70% N₂), oxy-fuel environment (21% O₂-79% CO₂) and oxygen-enriched oxy-fuel environment (30% O2-70% CO₂). Replacing N₂ in the combustion environment by CO₂ causes slight delay (lower maximum rate of weight loss and higher burnout temperature) in the combustion of all samples. However, this effect is found to be more significant for olive residue than lignite. Elevated oxygen levels shift combustion profiles to lower temperatures and increase the rate of weight loss. Combustion profiles of olive residue/lignite blends lie between those of individual fuels. Comparison between experimental and theoretical combustion profiles and characteristic temperatures of the blend samples indicates synergistic interactions between the parent fuels during co-combustion of olive residue and lignite.     

山核桃果蓬添加量对机制炭燃烧性能影响分析

以木屑机制炭为对照,对山核桃果蓬添加量为10%、20%、30%和50%共4个添加山核桃的木屑机制炭试样的理化特征分析结果表明,山核桃果蓬添加量低于30%时,机制炭外形和理化性能较佳,其固定碳含量和燃烧热值分别高于80%和30 MJ/kg;利用TG-DTG-DSC热分析联用技术对果蓬炭燃烧性能测试结果则表明,随山核桃果蓬添加量由10%增至50%,燃烧失重开始的温度逐渐降低;燃烧速率峰值和放热曲线峰值及其相对应温度则随山核桃果蓬添加量的增加而减小和降低,分别从1.0 mg/min降至0.7 mg/min、95.12 W/g降至82.18 W/g、580 ℃降至462.5 ℃。此外,试验也证实了随着山核桃果蓬添加量的增加,机制炭着火温度、最大燃烧速率和着火后最大失重速率、及其相应温度、最大释热量等5个参数均呈逐渐变小趋势;其中木屑机制炭着火温度比50%山核桃果蓬木屑机制炭高105.6 ℃;木屑机制炭和20%山核桃果蓬木屑机制炭的可燃性指数相对较小,相应的前期燃烧反应能力相对较弱。     

添加剂对秸秆成型燃料燃烧特性的影响

生物质成型燃料作为生物质能源的主要利用方式，优化其燃烧性能具有重要意义。在秸秆成型燃料中添加CaO、Ca(OH)₂、SiO₂、Al₂O₃、尿素、粉煤灰等常见添加剂，研究了其对SO₂、NO_x释放规律的影响。研究表明：提高钙硫比且降低含水量，能够降低SO₂、NO_x释放量。Al₂O₃的催化助燃作用增加了SO₂、NO_x的释放，粉煤灰与秸秆熔融烧结增强了异相脱硝。添加SiO₂的成型燃料促进了钙硅酸盐复合物的生成，从而减少SO₂的释放。通过分析不同SiO₂添加量时的燃烧情况发现，添加量5%时，脱硫脱硝效果最好。在成型燃料燃烧15 s后添加尿素，尿素高温热解产生的还原性气体能够与SO₂、NO_x反应从而减少硫、氮氧化物的释放。温度升高促进熔融反应和异相脱硝反应，阻碍了焦炭中N的燃烧使NO_x释放量大幅降低。     

秸秆及其致密成型块在链条锅炉中的试烧

为了研究链条锅炉燃烧秸秆和秸秆致密成型块时,锅炉效率与污染物排放水平,在DZL2-0.8/160-AII型工业链条锅炉上进行了试烧。研究结果表明,链条锅炉燃烧秸秆时,排烟过量空气系数1.92,排渣可燃炭含量17.4%,排烟中CO和H₂浓度为78×10^-6和35×10^-6;燃烧秸秆致密成型块时,排烟过量空气系数为1.58,排渣可燃炭含量8.7%,排烟中CO和H₂浓度为29×10^-6和13×10^-6。由此可知燃煤链条锅炉直接燃烧秸秆,应该设立挡渣铁和改进后拱结构,以利于提高后拱下炉排温度,降低机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失;调节后拱下风室的配风并提高后拱下风室之间的密封能力,以利于降低过量空气系数,从而降低排烟物理热损失。     

采用正交实验法对某型煤优化配比研究

针对吉林市某型煤产品存在的问题，应用正交实验法对其原料配方、各种原料煤对型煤热值影响的主次顺序，挥发物产率和燃尽率等影响燃烧特性的因素进行了实验研究，分析了实验各因素对燃烧过程的影响；得出了所配型煤着火燃尽特性的变化规律及其关联式，并绘制了相关的实验曲线；提出了改进型煤燃烧过程主要措施，即保证炉膛高温和延长型煤在炉内的停留时间。     

动力煤的燃烧性能

采用热重分析和红外光谱分析技术研究了6种不同变质程度动力煤的燃烧行为.结果表明：变质程度越低,煤的各燃烧特征温度越小,各特征温度点和相应温度区间的失量分数越大,H₂O、CO、CO₂气体的析出温度越低,且CO主要在低温区产生,高温区主要生成CO₂;煤的表观活化能和反应级数的变化规律相同,都是先增大,达最大值后再减小.上述结果说明煤的变质程度越低燃烧越容易.     

Preparation and characterization of solid biomass fuel made from rice straw and rice bran

This study investigated the preparation and characterization of the solid fuel briquette, which was made from rice straw and rice bran. This work included: (1) developing a machine to smash the rice straw into pieces; (2) compressing the smashed rice straws and the rice bran into the biomass briquette; and (3) characterizing the properties of the briquette (such as the percentage of change in briquette volume, the percentage of loss of briquette mass, the air-dry density, the compressive strength, and the heating value) at room temperature. The hot-pressing temperature strongly affects the compressive strength of the briquette. As the percentage of the rice bran increases, the compressive strength and the heating value of the biomass briquette increase. Most interestingly, the thermo-energy, which is used to compress the briquette of the rice straw, will be minimized if a certain percentage of the binder (such as rice bran, sawdust, or the other biomass waste) is mixed with the smashed rice straw.