生物质制备燃料炭实验研究

利用管式固定床炭化装置对棉秆、木屑和竹屑进行炭化实验,利用工业分析仪、快速量热仪和热重分析仪对炭化实验制得的生物质炭进行分析,用木炭和烧烤炭质量指标评价生物质炭质量,用着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数S评价生物质炭燃烧特性。结果表明:随着炭化温度的升高,生物质炭产率和干基挥发分产率减小、干基固定碳产率增大,相应的变化速率减小;着火温度和燃尽温度随着炭化温度的升高而升高,S值减小;相比木屑炭和竹屑炭,棉秆炭的燃烧特性最好。对比生物质炭与木炭和烧烤炭的燃烧特性和炭质量发现,木屑和竹屑可用于生产木炭替代品,棉秆可用于制作烧烤炭,500℃为棉秆制备烧烤炭的最佳炭化温度。     

FeCl3对稻壳水热炭基本元素及燃烧特性影响

以稻壳为原料,FeCl₃为催化剂,利用元素分析仪和热重法研究稻壳水热炭元素结构和燃烧特性,考察水热温度、催化剂浓度对于水热炭元素结构和燃烧特性的影响。结果表明：1)随着水热温度升高,水热炭固定碳含量和热值增大,O/C和H/C原子比逐渐降低。FeCl₃的加入进一步加深了水热炭的碳化程度,但对于碳化程度影响效果,水热温度大于FeCl₃浓度;2)未添加FeCl₃时,水热炭燃烧呈双峰,且挥发分燃烧段峰值明显高于固定碳燃烧段。水热温度上升,挥发分燃烧峰值下降,固定碳燃烧峰值增加。加入FeCl₃后,固定碳燃烧范围扩大,双峰逐渐融为单峰,整体向高温区转移;3)水热温度一定时,随着催化剂浓度增大,水热炭燃烧DTG曲线由双峰变为单峰,整体向低温区转移;4)升温速率加快,导致样品着火温度、燃尽温度提高,水热炭燃烧整体向高温区转移;5)水热温度一定时,FeCl₃加入后,着火温度和燃尽温度均小幅度提前,综合燃烧特性指数S_N呈先增大后减小的趋势。FeCl     

生物质成型炭燃烧特性研究

使用固定床反应器对成型棉秆、成型木屑及二者混合成型生物质进行炭化实验,利用快速氧弹量热仪、热重分析仪等对生物质炭的成型质量、着火温度、燃尽温度和综合燃烧系数S进行研究。应用Coats-Redfern积分法建立其氧化反应动力学模型,分析成型炭的反应动力学参数和燃烧机理。结果表明,随着炭化温度的升高(400～600℃),成型炭的热值提高,灰分产率增加,燃烧性能变差。相同炭化温度下,棉秆成型炭的燃烧性能优于木屑成型炭,但灰分高、热值低。在木屑中掺混棉秆可有效改善成型炭的燃烧性能。燃烧动力学方面,成型生物质炭化后,其燃烧过程由内扩散阻力控制的片状燃烧反应机理变成化学反应阻力控制的球状燃烧反应机理,反应活化能增加。通过先成型再炭化制得的成型炭,其灰分产率(4.9%～9.1%,wt)和固定碳产率(67.8%～83.8%,wt)均符合欧标要求,尤其灰分产率明显低于欧标;与商用机制烧烤炭相比,该成型炭燃烧性能优,反应活化能低(18.71～41.99 kJ/mol)。     

油田废液煤浆的燃烧特性及反应动力学分析

采用热重法分别研究了油田废液煤浆、普通水煤浆的着火燃烧特性,并根据实验结果确定了一系列燃烧特性指数,反应动力学参数则用反应级数模型(n=3)求得。结果显示:油田废液煤浆、普通水煤浆的燃烧TG(热重曲线)都会经历失水阶段、质量稳定阶段、着火燃烧阶段和燃尽阶段;其DTG(微商热重曲线)都有两个失重峰,分别代表快速失水过程、挥发分和固定碳的燃烧反应过程;油田废液煤浆的着火温度、燃尽温度及燃烧活化能均低于普通水煤浆,其它各项燃烧特性指数也都优于后者,由此说明油田废液中的碱金属离子对水煤浆的燃烧性能有明显促进作用。     

厨余垃圾及其水热炭燃烧特性与动力学研究

采用热重分析法研究厨余垃圾及其水热炭的燃烧特性与反应动力学。对比分析厨余垃圾及其水热炭在3种不同升温速率(10、20、40℃/min)下的燃烧特性,分别采用KAS(Kissiger-Akahira-Sunose)法和FWO(Flynn-Wall-Ozawa)法计算燃烧过程中反应动力学参数。结果表明:20℃/min升温速率下,厨余垃圾与水热炭呈现不同的燃烧特性,厨余垃圾微分热重(DTG)曲线呈明显的双峰结构,而随着炭化温度的升高,水热炭DTG曲线第1个峰逐渐变缓,最后消失。随着升温速率的增大,各样品DTG曲线整体向高温侧偏移,着火温度和燃尽温度升高,燃烧特性指数增大。KAS法和FWO法求得的各样品燃烧活化能均具有相似变化趋势,因挥发分含量减少及固定碳含量增加,厨余水热炭热值增大,燃烧过程中平均活化能高于厨余垃圾。     

不同类型秸秆生物炭的燃烧特性与动力学分析

研究不同热解温度、粒度、种类的秸秆生物炭的燃烧特性,并进行动力学分析。结果表明,随着热解温度升高,秸秆生物炭的固定碳、C和高位热值均增加,综合燃烧指数减小,燃烧向高温区移动,活化能增大。随着升温速率增高,生物炭综合燃烧指数增大,活化能降低。生物炭着火温度为260～395℃,燃尽温度为480～555℃,500℃制备的生物炭燃烧特性最好,活化能为48～65 kJ/mol。超微生物炭的着火温度、燃尽温度和活化能最低,综合燃烧指数最高,棉花秸秆生物炭更适合作固体燃料。     

玉米秸秆成型生物炭燃烧特性与动力学分析

采用热重法对玉米秸秆成型颗粒及生物炭燃烧特性及动力学进行研究,并考察不同升温速率下(10、20、40℃/min)对320、500℃热解生物炭燃烧特性的影响,分析其燃烧特性及动力学参数。结果表明:玉米秸秆成型颗粒炭化后其燃烧热重分析(DTG)曲线呈现多峰状态,峰整体向高温区转移;玉米秸秆成型颗粒的着火温度和燃尽温度均小于生物炭,综合燃烧特性指数(SN)大于各温度热解炭化后样品。随着炭化温度的升高,成型生物炭着火温度和燃尽温度升高,SN减小;一级反应动力学能很好地描述各样品的燃烧动力学,相关系数(R~2)均高于0.9。     

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。     

稻壳水热炭化学结构和燃烧特性及动力学分析

以稻壳为原料,利用水热碳化技术结合元素分析和热重法,考察水热反应强度对水热炭化学结构和燃烧特性及动力学的影响。结果表明：1）随着反应强度参数（lg R₀）的增大,水热炭整体挥发分和氧元素质量分数呈减少趋势,而C元素质量分数则逐渐增加,当水热反应强度lg R₀为4.90~6.19时,参数变化尤为显著,lg R₀为6.19时,C元素和O元素的质量分数分别为50.5%和21.3%,O/C和H/C原子比分别为0.32和1.21;2）相对于原料,水热炭的燃烧损失集中在固定碳和挥发分燃烧阶段,着火和燃尽温度均有小幅上升;3）当lg R₀由3.25增至6.49时,挥发分燃烧损失减小,固定碳燃烧损失增大,着火与燃尽温度呈整体向高温区转移的趋势,综合燃烧特性指数（S_N）呈先增加后减小的趋势;4）固定碳燃烧段活化能低于挥发分燃烧段,本次采用的动力学模型分析水热炭燃烧动力学结果可靠,相关系数（R²）均在0.92以上。     

干化污泥燃烧特性的研究

采用德国LEITZ-ⅡA型热显微镜和美国PE公司的1GA一7型热重分析仪,对上海石洞口污水处理厂污泥千化装置产生的干化污泥的燃烧特性进行了研究.结果表明,污泥是一种高灰分、高挥发分、低固定碳含量、低热值的燃料,具有着火容易、着火温度低、着火方式为均相着火、燃烧物质以挥发分为主等燃烧特性.计算了污泥的燃尽指数和综合燃烧特性指数,采用Coasts指数积分法求解了污泥燃烧动力学特性参数.研究结果为市政污泥的资源化利用和石洞口污水处理厂污泥焚烧装置运行工况的调整积累了基础实验数据.     

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。     

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。     

准东煤与福建无烟煤燃烧特性的对比实验研究

通过对比准东煤与福建无烟煤的煤质分析、燃烧特性指数、燃烧动力学参数等,分析了准东煤与福建无烟煤的燃烧特性差异。结果表明：准东煤的挥发分明显高于福建无烟煤,属于极易着火的煤种；福建无烟煤与准东煤硫分低,燃烧中对环境污染小,但灰熔点都相对较低,容易结渣；准东煤的热重曲线较福建无烟煤向低温区偏移,峰区较宽,燃烧失重峰为双峰,着火方式由非均相着火向均相着火转变。准东煤的综合燃烧特性指数较大,表观活化能小；准东煤的煤反应活性和燃烧特性明显优于福建无烟煤。依热重分析,准东煤与福建无烟煤的着火温度分别为673.17 ℃和397.49 ℃,燃尽温度分别为803.05 ℃和741.18 ℃,活化能分别为191.39 kJ/mol和26.32 kJ/mol,综合燃烧特性指数分别为3.162×10-5和2.775×10-3。     

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.     

几种生物质的TG-DTG分析及其燃烧动力学特性研究

采用热重分析技术对木屑、麦秆、玉米秆和玉米芯4种生物质的燃烧特性进行了研究,考察了其着火、燃尽特性和综合燃烧特性,研究了升温速率对生物质燃烧特性的影响,同时在热天平上对其进行了动力学试验研究.研究表明:生物质燃烧过程大致可以分为3个阶段,即水分析出阶段、挥发分析出燃烧阶段、固定碳燃烧与燃尽阶段:生物质具有着火温度低、燃尽温度低、燃尽率高等优点;随着升温速率的提高,着火温度、各试样挥发分最大释放速率、燃尽温度均呈升高趋势,燃烧特性随升温速率的提高而变好.采用一级反应动力学模型和积分法对生物质燃烧动力学参数的研究表明,生物质具有较低的活化能,有利于点燃.     

生物质炭化成型燃料燃烧性能的试验研究

以棉秆、木屑为原料与自制黏结剂、引燃剂混合制备用于烧烤、餐饮的生物质炭化成型燃料,利用热重分析仪研究胶炭比、引燃剂用量对生物质成型燃料燃烧性能的影响。结果表明:随着半焦与黏结剂配比以及引燃剂用量的增加,成型燃料的着火温度和燃尽温度及其最大速率对应的温度先降低后升高,最大燃烧速率、平均燃烧速率、燃烧稳定性判别指数R_w、综合燃烧指数S先增大后减小;因此半焦与黏结剂最佳质量配比为10∶7,添加占半焦质量分数为5%的引燃剂为最佳,最后进行动力学分析,得到活化能变化与燃烧特性相一致。     

生物质压缩颗粒的燃烧特性

采用TG-DTG热分析技术对麦秸、玉米秸、胶合板粉粒和松木粒4种生物质压缩颗粒的燃烧特性进行了实验研究,考察了其着火及燃尽特性,结合前人提出的综合燃烧特性指数,提出用相对失重速率进行计算.结果表明:生物质压缩颗粒与煤相比,其着火与燃尽温度均较低,燃烧迅速且集中;与生物质粉末相比,其固定碳的燃烧更平稳,燃烧时间延长.4种物质之中,松木粒综合燃烧特性最好,玉米秸最差.     

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。     

棉花秸秆成型颗粒炭化特性实验研究

选取棉花秸秆成型颗粒为炭化原料,在自制的固定床炭化实验平台上,采用正交实验方法研究升温速率、炭化终温、保温时间和载气流量对其热解炭化性能的影响。用多指标综合平衡法对热解炭进行综合分析评价,结果表明:炭化终温是主要的影响因素。随着炭化终温的升高,成型炭的挥发分含量逐渐减少、灰分含量先略有降低后持续增加、固定碳含量与发热量先增大后减小、成型炭产率逐渐减小。实验参数范围内炭化的最优工艺方案为:升温速率4℃/min、炭化最终温度600℃、保温时间75 min、载气流量50 mL/min。     

毛竹水热炭燃烧特性及动力学研究

该文先对毛竹进行水热处理制备水热炭,然后对毛竹原料及其水热炭进行燃烧实验,采用的升温速率为10、20、40 K/min,基于无模式函数多重扫描速率法(FWO法、KAS法、FR法),研究毛竹及水热炭燃烧特性及动力学。结果表明:1)升温速率提高,样品挥发分燃烧和固定碳燃烧阶段均向高温区转移,着火性能下降,燃尽温度提高;水热炭较原料挥发分含量降低,固定碳含量升高;水热温度越高,热值越大,能量产率越低,水热温度为260℃时,能量产率最低,为35.97%,230℃水热炭的原子数比[O]/[C]、[H]/[C]已接近泥煤,燃料性能较优。2)采用FWO法、KAS法活化能结果相近,模型较优,以FWO法为例,原料、200、230、260℃水热炭活化能区间分别为89～126、89～216、86～118、80～90 kJ/mol。