桦甸油页岩半焦燃烧反应动力学研究

模拟巴西PETROSIX炼油工艺自行设计搭建实验装置,对桦甸油页岩干馏制得半焦。对不同干馏终温半焦进行电镜扫描测试,从微观角度分析了挥发分的析出和干馏半焦的结构变化过程;采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris1TGA热重分析仪,对桦甸油页岩干馏半焦进行燃烧特性试验研究,并分析了桦甸不同矿区油页岩半焦、干馏终温、和燃烧升温速率等对半焦燃烧反应特性的影响。通过数据分析,利用Coats-Redfern法确定了桦甸油页岩半焦在低温段的燃烧反应级数为3,而在高温段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

流化床内油页岩半焦燃烧过程孔隙特性分析

在自行设计搭建的小型流化床试验台上进行吉林桦甸、汪清的油页岩半焦燃烧试验,得到不同工况下的灰样,在Gemini 2380快速比表面积分析仪上测得灰样吸附等温线,采用BJH法计算孔分布。根据测试结果, 分析了半焦种类、流化床温、半焦粒径、流化风速、加料量等因素对半焦孔隙结构的影响,并对灰样进行电镜扫描和分形分析。结果发现,半焦原样的孔隙结构已经非常发达,燃烧过程中半焦的孔体积整体呈逐渐减小的趋势;较低的燃烧温度更有利于形成发达的孔结构;不同种类半焦的孔分布曲线差别较大;一次加料量影响孔隙生成的进程,但不会改变灰样的最终孔隙结构;较大风速和较小半焦粒径,都容易破坏孔结构。     

热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化

利用氮气等温吸附/脱附法(-196 ℃)和扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)等研究了热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化,并用分形维数来描述焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,热解温度对生物质焦的孔结构和表面形态有显著影响。在热解过程中,焦中孔的形状发生了一定的变化,各种孔的比例有了较大变化,且孔径有先变小后变大的趋势。高温导致焦颗粒发生塑性变形,使得孔隙扩大和孔表面更加光滑。随着温度的升高,玉米秆焦的BET比表面积经历一个先减小后增大再减小的过程,500 ℃以前,孔容积的变化规律与比表面积相近,但当温度高于500 ℃时,比表面积在减小,而孔容积在增大。通过分形FHH方程回归得到的分形维数DFHH能较好地表征颗粒内部孔隙表面的分形特征。其分形特征与热解温度密切相关,分形维数DFHH的变化与BET比表面积SBET有一定关联。     

油页岩燃烧性能的热分析研究

采用德国生产的LEITZⅡA热显微镜和中国生产的WRT－2型差示热天平， 对桦甸油页岩的燃烧性能进行了研究。基于实验结果确定了燃烧动力学特性参数并分析了油页岩的燃烧特性。油页岩具有着火容量、着火温度 低、燃烧以挥发分为主、前期燃烧反应强烈、后期燃烧反应能力差、燃尽困难、容易结渣等燃烧特性，是一种高灰分、高挥发分、低热值燃料。油页岩不适合通常的燃烧方式而将其作为循环流化床锅炉燃烧是适宜的。中国油岩资源丰富，已探明的油页岩储量为315．65亿吨，是一种潜在的重要能源，研究结果为桦甸油页岩燃烧的能源利用奠定了基础。     

油页岩循环流化床燃烧室稀相区流动结构与燃烧特性

通过目前在世界上投入商业运行最大容量的燃用油页岩的65t/h循环流化床锅炉热态工业试验,测定了不同锅炉负荷下燃烧室稀相区不同高度不同截面位置的质量流率和稀相区的流动结构,得了稀相区内极具片状结构特点的油页岩颗粒特性与燃烧特性及其燃烧产物的分布特性。试验表明燃烧室内SO2浓度沿炉膛高度减少,桦甸油页岩具有很强的自脱硫能力,高挥发分油页岩分级燃烧,低温燃烧和循环燃烧技术结合,可有效的控制NOx的生成与排放,试验结果对油页岩循环流化床锅炉的设计与运行及大型油页岩循环流化床电厂锅炉的开发具有一定的参考价值,同时为进一步建立适合油页岩的循环流化床燃烧室稀相区的流动,燃烧,传热,磨损模型奠定了基础。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

油页岩着火机理的研究

利用德国NETZSCH公司生产的STA40 9型热分析仪 ,对不同粒径的桦甸油页岩颗粒在不同的升温速率条件下进行了燃烧实验和热解实验。通过热解实验与燃烧实验两者TG曲线的对比分析 ,阐明了氧浓度对油页岩颗粒着火的影响 ;并利用TG燃烧曲线分析了粒径和升温速率对油页岩着火的影响。采用德国生产的LEITZⅡA型热显微镜对油页岩颗粒着火的观察分析表明 ,油页岩颗粒的着火方式为均相着火。图 4表 2参 9     

油页岩流化床燃烧污染物排放特性

在小型热态流化床燃烧实验台上进行了桦甸油页岩的燃烧污染物排放特性实验研究,得到了床温、油页岩颗粒粒度、Ca/S摩尔比、过量空气系数对油页岩流化床燃烧过程中SO2、NO、NO2等污染物排放特性的影响,实验结果表明：在床温为800~950℃、Ca/S摩尔比为5~7、过量空气系数为1.4,油页岩颗粒粒度适宜时各种污染物排放量相对最低,流化床在此工况下运行最合理。然而,流化床的常规运行温度虽然对SO2排放控制有利,但却不利于NOx污染物的排放控制;随着Ca/S摩尔比的增加各种污染物排放量明显下降;随过量空气系数的增加,各种污染物排放量开始均有所增加,而后逐渐下降。     

油页岩颗粒的燃烧模型

油页岩是一种特殊的固体化石燃料，与煤的热解和燃烧特性有着很大的区别，该文基于实验研究所确定的油页岩均相着火机理和油页岩的热解和燃烧特性，建立了油页岩颗粒的低温段均相燃烧数学模型，在能量方程中耦合了传导，对流和辐射3种形式的传热以及根据油页岩挥发分含量大的特点增加了挥发分解放的热解反应热，同时挥发分的大量释放使得油页岩固体颗粒的密度减少很多，模型中考虑了挥发分的释放对油页岩固体颗粒质量的影响，模型的计算结果与实验数据吻合较好。     

生物质粉燃烧过程中颗粒尺寸和形态的演变

以250?300 μm稻壳、麦秸和玉米秸为对象,研究了生物质粉在燃烧过程中颗粒尺寸和形态的变化,以及热解、燃烧条件的影响.结果表明:生物质粉颗粒形态差异显著,热解和燃烧后颗粒形貌均发生了不同程度的变化;热解过程中颗粒的收缩和破碎导致焦颗粒等效直径减小了9％?59％,燃烧后灰颗粒等效直径的变化取决于生物质种类和燃烧条件;...     

油页岩发电利用研究

通过对广东省茂名地区油页岩燃烧特性的分析,并根据近年来我国对油页岩燃烧发电的试验研究和运行实践结果,对运用循环流化床锅炉技术实现油页岩燃烧发电的特点和经验进行了总结。结合我国对300MW等级循环流化床锅炉技术的引进和消化吸收,指出利用大容量循环流化床锅炉技术对茂名油页岩进行燃烧发电利用已经具备技术条件,在燃油页岩循环流化床锅炉的设计中应针对油页岩热值低、灰分大、着火容易、燃烧快、流化困难等特点开展改进性的研究工作。     

煤粉在高温空气中着火前后孔隙结构的变化

在高温空气点火试验台上,采用不同温度的高温热空气对处于高速湍流流动的烟煤煤粉气流进行快速加热,以模拟煤粉气流在电站锅炉炉膛内受热升温以及初期着火燃烧过程。在煤粉气流发生均相着火前后过程中,对其中不同粒径煤粉的孔隙结构及其比表面积随热风温度的升高而产生的变化进行了试验研究。结果表明,煤粉颗粒孔隙主要受热变形和挥发分析出2方面的影响,产生截然相反的2种变化趋势。由于不同粒径煤粉颗粒传热特性的差异,当粒径较大且热风温度较低时,其孔隙结构的变化以热变形的影响为主,孔隙产生闭合;当粒径较小且热风温度较高时,则挥发分析出的影响占优,孔隙出现增长。随着热风温度的升高,小于3 nm的孔隙随挥发分析出的加剧而急剧增加。     

油页岩半焦燃烧特性的研究

采用热分析法对油页岩半焦燃烧特性进行了实验研究，并讨论了干馏度和升温速率对半焦燃烧过程的影响。干馏度影响失重初析温度和低温段燃烧历程，而对高温段燃烧影响不大；不同升温速率下的燃烧TG陆线表明，升温速率低有利于颗粒的燃尽；而不同升温速率下的燃烧DTG陆线表明，升温速率高，颗粒失重速度快；半焦着火温度随着挥发分含量的降低而明显升高，但升温速率对半焦着火温度影响不大。为保证半焦通过循环床炉膛能一次燃尽，建议适当减小半焦颗粒直径和延长颗粒在炉内的停留时间。最后采用二元一次线性回归法求出了半焦燃烧动力学参数，计算结果可供数值仿真和工程设计参考。     

油页岩综合利用集成技术与循环经济

油页岩是介于煤炭和石油之间储量巨大的化石燃料,可直接燃烧发电,也可干馏炼制页岩油———人造石油,对弥补煤炭尤其石油之不足具有重大意义。概述了国内外油页岩资源特性和开发利用现状;分析了现有单纯发电或单纯干馏炼油技术路线的弊端;提出并论述了油页岩干馏炼油、循环流化床燃烧发电与联产建材相结合的综合利用集成技术路线,可实现油页岩无固体废物排放的循环经济模式;因而使油页岩开发利用的经济效益倍增,环境和社会效益良好,为油页岩的综合利用开辟了一条新路。     

烟煤/生物质混燃特性实验研究

利用热重分析法,对烟煤/生物质混燃动力学进行了实验研究.进行了不同掺混比、不同温度、不同生物质等因素的探讨.结果表明,在恒温条件下煤粉与生物质混燃不存在阶段性.生物质对煤粉有促进燃烧和燃烬的作用,随着掺混比的加大,燃烧越剧烈,越易燃烬;温度的增加有利于燃烧的进行,温度越高,燃烧强度越大;不同生物质对煤粉的促进作用不同,挥发分含量高且灰分含量低的生物质促进煤粉燃烧作用更明显.     

基于科艾定律的燃烧指标的实验研究

运用基于科艾(Kooij)定律而非Arrhenius定律的燃烧特征方程和一种特殊因子(温度平方与升温速率之比乘以燃烧加速度与燃烧速率之比)研究不同升温速率和颗粒尺寸实验条件下的燃烧特性。使用德国的NETZSCH STA 409C热重分析仪进行2组实验--5种不同升温速率(10, 20, 30, 40 及 50 K×min-1)和5种不同的颗粒尺寸(<72, 72~100 100~120, 120~180及180~225 mm)。实验表明了随着升温速率的增加,温度延迟增加,灰分含量减少,燃尽温度增加;随着颗粒尺寸的减小,挥发分开始析出并燃烧的温度降低,燃烧峰值提高,燃烧峰宽变窄,灰分含量增加。     

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。     

O2/CO2气氛下痕量元素的赋存和迁移特性

在管式炉中进行徐州烟煤的燃烧实验。通过改变燃烧气氛,用电感耦合质谱分析仪(inductively coupled plasma- mass spectrometry,ICP-MS)研究O2/CO2燃烧方式下O2含量及温度对煤中As、Cr、Pb等痕量元素赋存、迁移特性的影响,并在相同的氧浓度下研究CO2浓度对痕量元素排放的影响。结果表明：痕量元素及其化合物的熔点、沸点等物理性质对元素挥发影响很大;较之常规燃烧方式,O2含量的变化并没有改变As、Cr、Pb、Ni等痕量元素在底灰中的含量随温度升高而降低的总体规律;随着燃烧气氛中O2含量的升高,Cr、Ni在底灰中的含量有所降低,而As、Pb在底灰中明显富集;随着温度升高,燃烧气氛对As在底灰中富集的影响逐渐减弱;此外,在相同的O2含量下,CO2含量越高,As在底灰中的含量越低,因为高浓度的CO2在一定程度上抑制了更易挥发的次氧化物或单质的生成。