混煤热解特性的热重实验研究

利用热分析法对混煤的热解特性进行实验研究和相应的动力学分析.通过混煤煤质特性分析发现混煤的元素分析、工业分析及发热量等指标基本上可由相应的单煤特性指标加权平均计算.热重实验结果表明,混煤的热解特性介于参与混配的单煤之间,但并不是单煤特性的简单线性叠加;混煤热解中水分析出单煤保持各自的独立性,挥发分的析出具有交互作用.混煤热解反应的活化能均小于单煤活化能加权平均的结果,且动力学参数之间存在动力学补偿效应.     

无烟煤的燃尽特性分析

空气气氛下热重试验表明,无论在哪种升温速率下,无烟煤的起始着火温度比烟煤约高220℃,燃尽温度比烟煤约高70℃,无烟煤的燃烧时间要大于烟煤.反应动力学模型得到的活化能测试结果表明,无烟煤的活化能比烟煤大30kJ/mol左右.增加炉内换热和延长停留时间,有利于缩短燃煤颗粒的预热时间以及燃烧时间,从而促进无烟煤的燃尽.     

磨制方式和含氧量对掺烧特性影响实验及动力学分析

不同磨制方式下的混煤燃烧特性存在差异,这会对锅炉的正常运行产生影响。对此,本文利用同步热分析系统对烟煤和贫煤在2种磨制方式下分别制成的混煤进行实验研究,采用综合燃烧指标差异性相对值和加权值分析了磨制方式、含氧量对混煤燃烧特性的影响,并进行了活化能、指前因子等动力学参数计算和分析。结果表明:不同磨制方式下混煤燃烧特性存在明显差异,磨制方式对燃烧初期的影响最大;提高含氧量可以降低燃烧的差异性,并将燃烧差异最小的劣质煤掺混比例提高10%;混煤燃烧符合一级反应,并存在动力学补偿效应。     

神府煤加压热解特性及热解动力学分析

煤的加压气化是煤清洁利用的关键,作为气化反应的初始阶段,煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义.为了深入了解煤的加压热解机制,该文采用加压热重分析仪研究了我国的一种典型烟煤--神府煤在不同压力下的热解失重特性,采用挥发分释放综合特性指数(D)与非等温法,结合不同的扩散机制函数分析了神府煤加压热解动力学机制.研究发现神府煤的热解主要包括煤样的干燥脱水、挥发分的析出以及大分子焦油的二次裂解;加压对神府煤的热解过程有明显的影响,热解压力小范围的升高(＜0.8MPa)有利于挥发分的析出,然而过高的压力不利于挥发分的快速析出,挥发分释放综合特性指数可很好地表征神府煤加压热解过程中挥发分的析出特性.热动力学分析表明,三维球扩散模型比较适合神府煤的加压热解机制,低温段活化能随热解压力增大先增大后减小,但明显高于高温段热解活化能.     

无烟煤与烟煤混烧特性试验研究

对某电厂几个常用煤种的着火、燃尽以及混烧特性曲线进行了分析和研究.结果表明,无烟煤着火性能比烟煤差,混煤的着火性能随无烟煤比例的增加而变差;无烟煤与烟煤的混煤燃尽性能随着无烟煤比例的增加而降低.结合飞灰可燃物和锅炉结焦两方面考虑,混煤中无烟煤的份额占15%为最佳配比.     

大差异煤掺烧反应动力学研究

以具有大差异煤质特性的河南新密无烟煤、内蒙古褐煤及其不同配比混煤作为研究对象进行非等温热重实验,通过TG/DTG曲线分析不同反应工况对燃烧特性和动力学参数的影响。结果表明,配比和升温速率对混煤掺烧特性影响较大,煤粉细度和空气流量存在中间最优值,混煤配比为7∶3或5∶5,升温速率30℃/min时具有良好的着火能力和燃尽特性,活化能较小,燃烧剧烈且稳定。实验结果可为燃烧大差异特性混煤机组的高效、安全、经济运行提供依据。     

采用等转化率法研究油页岩热解的动力学特性

以热分析法(TG、DTG)为手段，对桦甸油页岩在不同升温速率(10、20、40、100℃/min)下的热解动力学进行了研究，用等转化率法(Friedman法)求取了桦甸两种油页岩样品的热解反应表观活化能；用Sestak复杂机制对反应机理进行拟合，得到了反应机理函数，最后确定了频率因子A。研究结果表明，在整个转化率范围内，热解活化能并不是一个定值，但在[0.1，0.9]的范围内，活化能随转化率的变化曲线平缓；油页岩热解反应机理复杂，主要以成核机制所控制。     

石煤燃烧特性及其类属研究

采用热重分析方法对3种石煤的燃烧特性和燃烧动力学进行研究，并对石煤的类属进行了探讨。结果表明：石煤具有高灰、高硫和低热值的特点。石煤的燃烧特性与无烟煤相近，但比无烟煤差。采用Popescu法对石煤的燃烧机理进行分析，表明其燃烧过程主要受扩散控制，三维扩散模型控制的反Jander方程是最佳机理函数。采用等转化率法对石煤不同燃烧阶段的活化能进行考察，表明其在着火、燃烧和燃尽各阶段都需要很高的活化能，进一步证明了石煤的燃烧过程是受扩散控制的。以干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类标准来确定石煤的类属是不恰当的；根据煤阶和燃烧特性及动力学分析判断，石煤属于高变质的劣质无烟煤。     

几种恒定高温下混煤燃烧反应动力学模型对比

介绍了均相反应模型、一维扩散模型及球对称收缩核模型等常用煤粉燃烧反应动力学模型,利用这几种模型对高温下混煤燃烧过程进行了动力学计算,得到了高温下不同掺混比混煤的燃烧反应动力学参数,并将模拟结果与实验结果进行了对比;同时以判定系数为指标,对上述3种模型的模拟结果进行了准确性验证。结果表明:3种模型得出的混煤燃烧反应动力学参数值呈现相同的变化趋势,即随着新疆褐煤掺混比的增大,混煤燃烧反应活化能与频率因子数值均减小;不同煤种与新疆褐煤进行掺混时,燃烧反应活化能与频率因子数值大小顺序均为神华无烟煤大同烟煤云南褐煤;3种模型均能在一定程度上反映高温下混煤燃烧的本质,但精度有所不同;在相同温度下(1 400℃),均相反应模型与一维扩散模型的判定系数整体较低且跨度较大,而球对称收缩核模型在各工况下的判定系数比其他2种模型高,表明球对称收缩核模型能够精确地模拟高温下混煤的燃烧过程。     

煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响

以我国典型煤种为原料,从"结构与反应性"的角度研究了不同热解条件下制得的煤焦的化学链燃烧反应特性,考察了煤阶、热解温度和热解速率对煤焦反应性能、孔隙结构和微晶结构的影响。结果表明,煤阶越低,煤焦孔隙结构越发达,使得煤焦的反应性能更佳;热解温度对3种煤的影响行为不同,褐煤煤焦随热解温度的升高孔隙结构变差,微晶结构有序化程度升高,煤焦反应性能下降,而烟煤和无烟煤煤焦在热解温度为900℃时获得最佳的反应性能,其中煤焦孔隙结构是影响其反应性能的主要因素;3种快速热解煤焦具有更发达的孔隙结构,微晶结构有序化程度较低,反应性能明显优于慢速热解煤焦。     

流化床温度下石油焦焦炭与NO反应动力学研究

基于石油焦焦炭的物理化学特性，利用升温热重技术，研究了流化床温度条件下的NO与石油焦焦炭间的多相反应动力学特性，并考察了热解终温以及燃烧过程对该反应的影响。结果表明，在流化床温度下，焦炭对NO的还原反应活性主要由其孔隙结构决定，石油焦焦炭与NO之间多相反应属于内扩散控制。采用Coats-Redfern法分析了升温热重数据，3种不同石油焦焦炭(JMc，GHc，WHc)的动力学机理分别为1-(1-X)4, 1-(1-X)3和-ln(1-X)3，活化能分别为192.17、198.33 和207.7 kJ·mol-1。热解终温的变化对焦样的活性基本没有影响，而反应活性随燃烧的进行有所改善。     

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。     

农药生产废渣燃烧/热解特性研究

在30 ℃/min升温速率下,利用热重分析方法对农药生产废渣热解和燃烧过程进行了分析,发现农药废渣燃烧过程可以分为两个阶段：150~400 ℃和400~600 ℃。在600 ℃时,农药废渣的燃烧反应程度已经达到了96%。农药废渣热解和燃烧过程的第1个失重阶段基本重合。利用Achar法求得了农药废渣燃烧和热解过程的反应机理函数,以及表观动力学参数。分析发现热解与燃烧第1阶段的反应机理函数相同。利用热重–傅里叶变换红外光谱分析对30 ℃/min升温速率下农药废渣热解和燃烧过程中的气体析出情况进行了分析,发现农药废渣热解过程中,有大量的SO2析出,SO2的析出集中在300~600 ℃区间内,在此区间内,还有少量的CO2和H2O析出,CO的析出主要在高温段发生。对燃烧条件下的FTIR分析表明,氧气的存在使得SO2的析出提前,农药废渣中的N在较低温度下以NH3的形式释放,而在热解条件下,农药废渣中的N的释放主要是高温区生成的HCN。     

基于欧拉-拉格朗日模型的不同含水率生物质热解对比研究

基于欧拉-拉格朗日模型,对固定床中不同含水率(水分质量分数)的生物质颗粒温度分布变化进行研究,利用OpenFOAM软件分析颗粒平均温度和固相质量分数的变化.以及不同热解阶段的颗粒温度分布.结果 表明:生物质的含水率越高,在热解中期的颗粒温度分布越不均匀;而在热解前期及热解后期,含水率对颗粒温度分布影响不大;含水率越高,...     

单个球形木材颗粒热解过程数值模拟

建立一维、非稳态单个球形木材颗粒热解模型,模型包含颗粒内部气相和固相质量、动量和能量守恒方程。颗粒内气体运动采用Darcy理论描述,传热模型包括颗粒内的导热和对流传热以及颗粒表面与外界的对流和辐射传热,热解动力学采用一步反应模型。运用文献中的实验结果对模型进行了验证,模型能够较好地预测颗粒内部不同位置处温度和固体失重率随时间的变化过程。运用模型考察进气温度和颗粒粒径对木材颗粒热解过程的影响。结果表明:进气温度越高,颗粒热解所需要的时间越短。相同无量纲直径处,小粒径的颗粒升温快,整个颗粒的温度趋于一致的时间较短,剩余固体率的变化规律与温度的变化一致。     

垃圾衍生燃料热解热重实验研究

本实验用热重分析法对含75%布、含50%、67%、75%、100%生活垃圾的RDF样品的热解进行研究,通过分析不同热解终温、不同升温速率、不同物料比、添加污泥与添加废石灰对RDF热解过程的影响,分析TG和DTG曲线的变化和特征点温度及不同阶段样品质量变化,计算热解率,研究表明,①热解终温增加,TG曲线向低温区移动,热解率增大,其中最大可达98.6%;②升温速率增加,热解反应向高温区移动,说明升温速率越低,越有利于热解反应进行;③对于生活垃圾与生物质不同配比的RDF热解,生活垃圾比重的增加导致TG曲线向高温区移动,挥发分析出温度延后;④添加污泥的RDF与添加废石灰的RDF相比,热解更充分,热解率由77.14%上升到92.46%。     

秸秆类生物质加压气化特性研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了水蒸气气氛下生物质(麦秸)加压气化特性研究,探讨压力对反应动力学特性与气化产物的影响。实验结果表明生物质常压气化与加压气化特性有显著差异;加压条件下,麦秸的气化反应过程受化学反应动力学和扩散作用控制。麦秸水蒸气气氛下的热解阶段可视为一级反应,半焦气化阶段视为缩核反应;加压下热解、气化的表观活化能和频率因子均随反应压力的提高而增加。水蒸气对生物质热解气化具有活化作用,相比N2气下麦秸的表观活化能降低。此外,生物质水蒸气气化产物中H2浓度最大,达到50%以上,表明水蒸气是生物质气化制氢适宜的气化介质;随着气化压力的提高,CO2和CH4浓度增加,而CO浓度降低。     

热解温度对神府煤热解与气化特性的影响

采用大容量加压热重分析仪研究了不同热解温度(500, 650, 800 和1 000 ℃)与压力(常压、3 MPa)下神府煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪等分析仪器对所得煤焦的物化特性进行了详细分析。发现高温有利于挥发分的析出,使得煤焦产量快速降低;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,同时煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的孔隙表面积和孔容随热解终温的升高先增大后减小,在800 ℃(常压)和650 ℃ (3MPa)取得最小值。热解温度和压力对煤焦的气化活性也有显著的影响。采用常压热重分析仪在1000 ℃下分析了煤焦的CO2等温气化特性。常压热解焦的CO2等温气化活性随温度升高而降低,而加压热解得到的焦有不同的趋势,说明压力和温度对煤粉热解和气化的影响有一定交互作用。     

过氧化钙对煤粉燃烧效率的影响

利用热分析法研究了过氧化钙(CaO2)的分解及其对煤化程度不同的煤粉燃烧效率的影响,分析了CaO2的助燃催化作用机制。结果表明,CaO2分解温度区间与煤粉的挥发分析出温度区间较为吻合,CaO2分解释放的氧气可促进热解气体的氧化反应和固定碳的燃烧反应,催化煤的燃烧释热。动力学计算表明,CaO2可降低燃烧各阶段反应活化能,提高燃烧过程的反应速率。比较分析发现,煤的热分解过程与CaO2的分解过程的协同程度和煤的着火方式对此助燃催化有重要的影响。