油页岩化学结构CPD模型的改进

基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研究,利用非线性最小二乘法求解轻质气体各组分的动力学参数,预测出其在加热速率为20℃/min的条件下的轻质气体各组分的析出过程。用CPD模型与改进后CPD模型模拟出20℃/min窑街油页岩的热解过程,对比其实际热解过程分析模型的可行性与合理性,再用后验差检验法分析结果的误差。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要分为3个阶段,300-600℃为主要热解阶段,3个阶段的失重率约为5%、16%、6%;各轻质气体析出的活化能E分布在188~249k J/mol之间,而指前因子A在109~1013s-1之间;改进后CPD模型的预测值与实验值相对误差较小,契合度较高,说明改进后CPD模型能够较精确对油页岩热解过程进行预测与模拟。     

基于傅里叶红外光谱的高温煤焦表面化学结构特性分析

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉,获取了不同环境气氛下的煤焦试样,采用傅里叶变化红外（Fourier-transform infrared,FTIR）光谱仪测定固体颗粒试样的表面微化学结构及官能团,通过FTIR谱图的分峰拟合处理,对焦样表面化学结构变化特征进行半定量分析。实验结果显示,热解及燃烧过程中所有的C—H、C—O类官能团基本均会随着挥发分一起析出,特别是含O及脂肪类结构基本消失,所属波段的吸收峰的强度均不同程度的有所减弱。无论热解还是燃烧过程,与芳氢相比煤焦中的脂肪类氢、碳基团更容易分解而析出,表现为试样中芳碳相对含量增加,焦样表观的芳香度（fa）升高。在高浓度的CO2气氛下,由于CO2对煤焦颗粒的气化效应,颗粒的实际温度较N2气氛时降低,使得煤焦中有机物的分解及析出过程有所延缓,表现为CO2气氛下颗粒的芳氢与脂氢比（Har/Hal）以及芳香度（fa）稍低于N2气氛时的情况。研究推断热解气氛及温度是影响有机组分分解及煤焦活性的关键因素。     

基于元素分析的煤粉工业分析GA-SVM预测模型

运用遗传算法(genetic algorithm,GA)和支持向量机(support vector machine,SVM)方法,建立了基于元素分析的煤质工业分析快速预测模型。该模型基于以干燥基为基准的6 029组美国煤质数据,以煤质元素分析(C、H、O、N、S)为输入,工业分析(挥发分、固定碳)为输出。另外通过实验得到74组中国煤质数据,用于模型验证。结果表明:以美国煤质数据构建的模型,挥发分、固定碳预测平均相对误差分别为4.60%、3.22%;用中国煤质数据验证模型时,挥发分、固定碳预测平均相对误差分别为9.16%、3.55%。该模型预测误差较小,能较好地利用元素分析数据预测固定碳、挥发分。     

油页岩挥发分析出及燃烧反应中活化能变化规律研究

为研究油页岩脱挥发分和挥发分燃烧动力学机制,并考察矿物成分对反应过程的影响,利用程序升温热分析技术进行了桦甸油页岩脱挥发分和燃烧实验。采用分布活化能模型获得了反应过程中活化能的变化规律。研究结果表明：油页岩热解挥发分析出和挥发分的燃烧均存在矿物质的催化作用,且催化类别不同,反应中矿物质催化作用使热解和燃烧的活化能出现了降低的趋势,频率因子和活化能之间的补偿关系表现出严格的分段;通过油页岩及相应半焦的燃烧特性对比表明挥发分燃烧过程中挥发分含量导致频率因子和活化能之间的补偿关系改变程度不同。     

基于激光诱导击穿光谱的燃煤挥发分定量分析

利用21个已知挥发分的煤样样品,进行激光诱导击穿光谱实验,根据煤质的结构特点,选择相关元素的特征谱线波段强度,作为回归分析的输入量,分别引入多元回归定标法和偏最小二乘法,实现燃煤中挥发分的定量分析。通过比较两种方法的定标结果得出结论:偏最小二乘法算法下模型系数、预测样品平均相对误差、预测样品均方根误差等指标皆优于多元回归定标法,更适用于激光诱导击穿光谱定量分析挥发分中,并且能够得到较高的分析精度。     

烟气循环倍率对煤粉富氧燃烧影响数值模拟

为了研究煤粉富氧燃烧方式下烟气循环倍率对燃烧和传热特性的影响,本文以某500k W燃烧测试炉为研究对象,采用数值模拟方法对空气燃烧以及不同循环倍率下的富氧燃烧进行了研究;采用化学渗透脱挥发分(CPD)模型模拟煤粉的脱挥发分过程,挥发分成分考虑为多种轻质气体,挥发分的燃烧采用详细化学反应机理,介质辐射特性模型均针对富氧燃烧进行了修正。研究结果表明:虽然富氧燃烧下二次风与一次风的动量比较空气燃烧下降了50%以上,但采用相同的旋流燃烧器仍可实现与空气燃烧相似的炉内流场特性;煤粉燃烧温度和着火位置均受循环倍率的影响,富氧燃烧下循环倍率为72%时,炉内平均温度分布以及着火位置与空气燃烧下较为接近,随着循环倍率增加,辐射传热量降低。     

含孔隙结构变化的煤热解模型

建立了一个包含孔隙结构变化的煤热解模型,模型考虑了热解时的化学反应、分形孔隙扩散和煤粉颗粒孔隙结构的变化,能同时预测挥发分的生成和孔隙结构变化。实验验证模型的正确性之后,应用模型研究了官能团含量、粒径和终温对热解的影响。结果表明,官能团含量高的煤种在热解时发生更大的膨胀和收缩。随着粒径的增大,挥发分产量下降,煤粉颗粒的膨胀和收缩减小。粒径对烟煤和无烟煤最终煤焦孔隙的影响规律相反。随着热解终温的上升,挥发分产量上升,颗粒的膨胀先增大后略微减小,最终煤焦的孔隙参数先增大后减小。     

基于灰色关联和BP神经网络研究废弃物气化特性

使用灰色关联分析,发现气化温度、物料特性(主要是挥发分和固定碳)和气化剂流量是影响有机固体废弃物气化产气组成和可燃气含量的主要因素,给出了影响因素对参考因素影响程度.采用3层改进BP神经网络建立了废弃物气化产气组分含量和产气热值的预测模型,模型预测与实测结果的最大相对误差分别为11%和2.8%,证明网络的预测效果较好.     

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。     

城市生活垃圾典型组分燃烧特性的TG-FTIR研究

利用热重分析和傅立叶变换红外光谱法(TG-FTIR)联用分析了城市生活垃圾的典型组分(大米饭、PVC、PS、煤炭)的燃烧特性,定性得到了燃烧过程中的排放产物。结果表明,厨余类垃圾水分较高,300℃左右挥发分快速析出燃烧,燃烧产物中含有烃类、CO、乙酸类物质,垃圾热值较低;PS类燃料挥发分较高,在350℃左右迅速失重,燃烧产物中含有烃类、氢气、多聚物、苯乙烯等物质。此外,对其中3种单质垃圾进行了混合燃烧试验,混合样品的氧化过程可以看作单组分的简单叠加。     

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。     

煤粉MILD燃烧的数值模型优化

采用用户自定义函数(UDF)对煤粉MILD燃烧的数值模型进行了优化,包括挥发分的多组分比拟、脱挥发分极限的温度依赖优化和煤粉颗粒燃烧过程的算法优化。通过与IFRF的煤粉MILD燃烧经典实验的对比,验证了模型优化所产生的效果。研究发现,挥发分的多组分比拟能更准确地预测炉内O2浓度分布;脱挥发分极限的温度依赖优化,一方面能够使挥发分在低温区间开始脱附,改善模拟中着火延迟过长的问题,另一方面,能够使煤粉颗粒在高温区间脱附出更多的挥发分,使得温度分布的预测更为准确;煤粉颗粒燃烧过程的算法优化能够刻画挥发分脱附过程和焦炭反应过程在温度区间(780~1200K)上的重叠现象,能更准确地预测炉内CO分布,与真实的煤粉MILD燃烧过程更为相符。     

电站燃煤锅炉最低无油稳燃负荷预测

定义电站燃煤锅炉最低无油稳燃负荷为燃烧稳定性指数ＣＳＩ等于一临界值（推荐为０．０５）时的负荷水平。采用气体可燃极限要领对传统的简单化学反应模型进行修正后,针对一台２００ＭＷ电站锅炉在挥发分含量分别为１０％,２０％,３０％时的最低无油稳燃烧负荷进行了预测计算,结果表明：随着挥发分增加,最低无油稳燃负荷变低。并预测计算了不同挥发分含量下稳定燃烧所需煤质的最低发热量,结果与我国电厂运行经验得到的最低煤质     

大比例掺烧超低挥发分碳基燃料在300MW电站煤粉锅炉上的实践

本文介绍了某电厂300 MW级电站煤粉锅炉大比例掺烧超低挥发分碳基燃料(半焦、气化残炭)的实践,通过对现有设备进行适应性改造及数值模拟计算,实现了掺烧比例大于45%、燃烧效率大于98%、NOx放浓度不高于掺烧前的目标,在探索电站锅炉掺烧超低挥发分碳基燃料的可行性、推动超低挥发分碳基燃料在电站动力用煤领域的应用及形成电站锅炉燃用超低挥发分碳基燃料技术体系等方面具有十分重要的意义。     

化学共沉淀制备锰锌铁氧体纳米晶

采用化学共沉淀法制备锰锌铁氧体粉末。首先用化学共沉淀法制备了纳米复合物,然后分别在700℃、900℃、1100℃下进行热处理,得到MnZn铁氧体。采用X射线衍射(XRD)对所制备的样品进行表征及分析。结果显示,热处理后样品形成了很好的尖晶石铁氧体纳米晶,平均晶粒尺寸约为20~50nm。同时也发现热处理温度对晶粒尺寸有显著影响。     

基于改进完全局部二值模式火焰特征提取的 转炉炼钢终点碳含量预测

转炉炼钢火焰图像特征的准确提取是预测终点碳含量的关键,针对于火焰图像相似性高进而难以区分碳含量相近的火焰图像,导致无法准确精准预测碳含量的问题,提出一种改进完全局部二值模式(improved complete local binary pattern,ICLBP)的彩色纹理特征提取方法,用于提取不同碳含量下更具区分性的炉口火焰图像特征并进行终点碳含量的预测.首先,在不同颜色通道下采用局部相位量化(local phase quantization,LPQ)提取图像相位信息,与CLBP提取的图像幅值信息组合成融合特征ICLBP_MP,以增强CLBP算法结构的鲁棒性;然后,通过改进的颜色信息加权策略对其进行加权,以增强火焰图像的颜色对比度信息;最后,使用K近邻回归模型对碳含量进行预测.实验结果表明,碳含量预测在0.02％误差范围内的准确率为83.9％.     

以煤为燃料的化学链燃烧研究进展

从3个方面介绍以煤为燃料的化学链燃烧的研究进展。在载氧体方面,研究载氧体的气固反应特性,采用表面光滑的Fe多晶片作为反应物,借助扫描电镜观测固体产物,剥离了孔隙结构的影响,解决固体产物微观形貌难以直接观察的问题;建立了基于分子尺度固体产物成核与生长的速率方程,从微观分子尺度来描述宏观的动力学行为;建立活性成分与惰性载体间相互作用力模型;提出通过引入外来离子提高天然钛铁矿载氧体反应活性的方法。在煤与载氧体相互作用方面,考虑了挥发分、煤灰对载氧体的影响;采用催化气化使气化速率与还原速率相匹配;煤的破碎、磨耗及分层会导致燃料反应器内气体的不完全转化。在反应器方面,建立了双循环回路的三流化床实验台,实现了140h稳定热态运行;并提出采用下行床、低温化学链燃烧和直接化学链燃烧的概念来转化未反应气体。     

油页岩半焦流化床混烧特性实验研究

采用大型流化床实验装置,对3种油页岩半焦掺混比例分别为0%(油页岩原样)、25%、50%、75%和100%(纯半焦)的混合燃料进行燃烧特性研究,得出各工况下沿流化床高度方向上床温分布的差异,并对比分析各工况下分离器出口烟气污染物排放特性。实验结果表明,油页岩及其半焦发热量的高低影响给料量调整的幅度。空间燃烧是半焦在流化床内燃烧的一种重要形式,更多热量在密相区以上的空间释放。半焦掺混比≤50%工况中析出挥发分气相反应占主导、N2O浓度略高;半焦掺混比50%工况中半焦燃料氮氧化反应占主导、使NO浓度较高。研究结果对油页岩炼油废弃物页岩半焦的资源化利用及处理积累了基础数据,为进一步实现油页岩综合优化利用提供了设计和运行依据。     

对油浸式变压器内部固体绝缘材料的化学监督

在预防性试验中,化学绝缘监督方法是通过气相色谱法等手段来预测变压器内的潜伏性故障,但该方法判断变压器固体绝缘老化不准确,为此,介绍了监测固体绝缘老化的重要化学监测手段——糠醛测试,阐明测试的重要意义和方法,并结合日常工作实例提出了如何把糠醛测量有机地结合到化学预防性试验中来。     

LiMn0.6Feo.4PO4/碳纳米纤维复合材料的制备及电化学性能

分别以磷酸铁、醋酸锰及氢氧化锂为铁源、锰源和锂源,磷酸二氢铵为补充磷源,先通过球磨混料与喷雾干燥获得前驱体,再在N2/乙炔气氛中、450℃下进行化学气相沉积(CVD)反应,以及在N2气氛中、不同温度下进行固相反应,得到LiMn0.6Fe0.4PO4和碳纳米纤维(CNF)的复合材料LiMn0.6Fe0.4PO4/CNF,对产物的微观结构、碳结构与含量及电化学性能进行分析.在600 ℃下烧结的样品循环稳定性更好,以1C循环(2.5 ～4.5 V)200次,比容量仍有98.1 mAh/g.这是因为样品的颗粒尺寸小(200 rim)且分布均匀,具有合理的碳含量(1.95％),碳的石墨化程度高.