生物质与煤混烧燃烧特性参数研究

应用TG-DTG热重分析方法研究分析煤与生物质的混合燃烧过程,考查了生物质占比、O2浓度、升温速率对煤与生物质混合燃烧特性参数的影响。结果表明,生物质掺入煤中可以改良原煤的燃烧性能,增加生物质占比、O2浓度、升温速率都可以改善煤的着火性能、燃尽性能及综合燃烧性能,有助于燃烧的进行。     

细煤粉燃烧特性的热分析研究

 采用热天平研究了细化鹤岗煤样的燃烧特性,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对细化煤粉燃烧特性的影响。结果表明：在氧气充足,较慢的升温速率,粒度低于60μm的条件下,小粒度煤粉的燃尽性能优于大粒度煤粉,并且粒度的增加可使细煤粉的综合燃烧特性变差;升温速率的提高可使细煤粉的最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高,有利于改善细煤粉的燃尽性能和综合燃烧特性;氧气浓度低于20％时,氧气浓度的增大可以改善细煤粉的燃尽特性和综合燃烧特性。     

N2和CO2对煤明火燃烧灭火性能的对比实验研究

为掌握N₂和CO₂对煤明火燃烧过程的不同灭火效果,采用自主研制的煤明火燃烧实验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N₂和CO₂气体灭火剂的煤明火燃烧灭火实验,测定了在煤有焰燃烧和阴燃熄灭阶段的温度场温度、标志性气体(O₂、CO和CH₄)组分、热释放速率以及火焰图像面积的变化规律。结果表明:相比于煤自由燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CO₂时明火火焰熄灭时间、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH₄浓度的下降速度比通入N₂时更低;同时,通入CO₂时火焰图像面积呈指数下降,而通入N₂时呈线性下降;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO₂时煤温、CO和CH₄浓度下降速度比通入N₂时的更高,而通入CO₂时的耗氧量和热释放速率比通入N₂时的更低;说明CO₂比N₂具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力。     

CO2-N2复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO₂-N₂复合惰气和纯CO₂/N₂对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO₂/N₂和CO₂-N₂复合气体后O₂、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明：在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO₂含量占比高于N₂时表现出更快的降温速率、更大的O₂和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N₂+70%CO₂的降氧速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.4～1.22 mol/(cm³·s),CO下降速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.24～0...     

基于COMSOL的炉体内煤氧化反应数值模拟

为了探究煤燃烧过程中温度、氧化产物、反应物的分布规律，通过COMSOL 5.5数值模拟软件建立煤氧化炉体模型，基于新疆准东煤矿煤属性数据，模拟自然升温与加热及不同压差条件下，炉体内温度、O₂及氧化产物(CO、CO₂)的浓度分布特征。结果表明：压差增大，炉体内温度及氧化产物浓度降低，反应末期高温区域位置升高；同一压差下，氧化产物浓度随监测点轴向位置升高而增大，煤氧化炉体中心温度较高；径向方向，氧化产物浓度与对应位置的温度呈正相关关系；加热8 h能显著提高反应速率。     

煤的光-热耦合氧化研究

研究了神府煤光氧化和热氧化耦合反应性.在O₂气氛中,CO₂释放量大幅度增加,气体产物主要为CO₂和CO,同时有CH₄释放,各组分的浓度大小表现为：CO₂CO＞CH₄,其中CO₂的浓度随反应温度升高而增加,并在反应2 h时达到最大值,紫外光照射可明显促进CO2和CO释放,温度升高,CO和CH₄释放速率增加.光氧化主要生成CO和腐植酸,热氧化导致C-C键断裂生成CH₄,特别是在高温条件下,能把CO和腐植酸进一步氧化为CO_2.光氧化和热氧化耦合不仅提高了反应气体产物的选择性,而且对提高煤中总腐植酸含量有明显的协同作用,同时导致酚羟基官能团的形成.     

CO2防控氧化煤复燃效率的试验研究

为掌握不同体积分数CO₂对氧化煤复燃过程的抑制效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温试验装置,对平煤八矿煤样分别通入体积分数为10 %、20 %、30 % 和40 % 的CO₂进行试验研究,测定了煤初次和二次氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生率以及表观活化能的变化规律。结果表明:与煤在纯空气条件下的氧化自燃相比,不同体积分数的CO₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用。同时,通入的CO₂体积分数越大,煤初次和二次氧化升温过程的耗氧速率和CO产生率越低,表观活化能越高,即CO₂的体积分数越大,对氧化煤复燃过程的抑制效果越好。     

不同φ(CO2)/φ(O2)比例对煤自燃特性的影响

为了研究CO₂对煤自燃特性的影响,利用热重与质谱联用技术测试了阳泉五矿煤在不同φ(CO₂)/φ(O₂)比例下的氧化燃烧过程,分析了热重曲线,特征温度点,放热量与气体逸出规律。研究结果表明:随着φ(CO₂)/φ(O₂)比例增大,热重曲线向高温偏移,特征温度点升高,燃烧剧烈程度降低,气体逸出温度升高;温度小于360℃前,放热量相差较小;温度继续升高后,在相同温度下,放热量随氧浓度降低而降低;由于CO₂与H2反应产生CH₄,所以CO₂含量越高,CH₄逸出强度更高;同时,煤在低氧浓度下更易不完全燃烧,所以会产生更多CO;相较于空气氛围,CO₂浓度高于88%时才具有抑制作用。     

氧气体积分数与升温速率对弱黏煤燃烧特性的影响

采用热重实验研究氧气体积分数和升温速率对弱黏煤燃烧特性的影响,通过分析TG/DTG曲线得出样品的特征温度和反应速率,基于样品的特征温度和反应速率计算得到样品的燃烧特性参数。研究结果表明,改变氧气体积分数和升温速率对煤的着火温度影响不大,主要对煤的燃烧阶段产生影响。提高升温速率会延长煤的氧化反应历程,使煤各特征温度升高,并且增大煤的氧化反应速率;提高氧气体积分数会缩短煤的氧化反应历程,使煤各特征温度降低,并增大煤的氧化反应速率。在煤的氧化过程中,改变氧气体积分数和升温速率都能对煤的特征温度和燃烧特性参数造成影响,但氧气体积分数对他们的影响要大于升温速率造成的影响。     

灵新煤矿煤自然发火规律及指标气体研究

利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明，煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率；期间CO、CO₂为煤氧反应的主要产物，其余指标气体陆续由煤体氧化与分解产生且浓度较低；随着煤温的不断升高，实验炉内最高温度点的位置主要沿中轴线变化，并逐渐向进风口下移。此外，对于指标气体的讨论结果表明，炉内O₂浓度沿气流方向从进口侧开始逐渐降低，而CO和CO₂浓度则表现出相反的变化规律。研究结果为现场煤自燃的预测和防治提供了有力的依据。     

CO2气化反应对O2/CO2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O2/N2/和O2/CO2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O2/CO2气氛下的燃烧速率要低于O2/N2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900 ℃时,在CO2气化反应的作用下,煤焦在O2/CO2气氛中的整体反应速率逐渐高于O2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O2/CO2和O2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O2/CO2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O2/N2中的活化能要低于O2/CO2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O2/CO2中的整体反应活化能有明显增加。     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

恒温下煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律

利用自制的恒温热重测量实验台研究生物质掺混比、煤种、生物质种类及温度等因素对煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律的影响。结果表明：生物质掺混比增大后,燃烬时间提前,NO析出率降低;生物质掺烧后对难燃煤种的燃烧特性影响较大,对含灰量高的煤种降低NO排放作用较小。生物质种类在反应初期对试样的燃烧特性曲线影响不大,但随着燃烧的进行,含灰量高的生物质对混燃特性的改善作用逐渐减弱。掺混高含氮量生物质,试样的NO析出率下降较大,但对于含氮量相差不多的生物质,含灰量越高,NO析出率下降越明显。温度在反应初期对燃烧特性的影响不明显,但对反应后期的燃烧特性影响显著。在所选的温度区间内,温度越高,NO析出率越高。     

添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学

采用热重分析法考察污泥、煤粉以及两者混合样品的燃烧特性,通过着火温度(Ti)、燃尽温度(Tb)以及综合燃烧特性指数(S)的变化,进一步研究添加剂对污泥-煤粉混合燃烧特性的影响,并探讨催化燃烧机理。结果表明:添加污泥能够降低煤粉的Ti,加速煤粉热解燃烧,改善煤粉的燃烧性能;但当污泥掺混比10%时,混合样品的最大失重速率降低,Tb升高,综合燃烧性能S变差。CaO,Na_2CO_3能够促进挥发分析出燃烧,并带动后续固定碳的燃烧,因此混合样品的燃烧速率提高,燃烧时间缩短,综合燃烧性能改善;MnO_2,Fe_2O_3对混合样品的无明显催化作用,且降低了混合样品的最大燃烧速率。同时,动力学分析表明添加CaO,Na_2CO_3能够减小燃烧体系的活化能,而添加MnO_2和Fe_2O_3对混合样品的表观活化能无明显影响。     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。     

高温下混煤燃烧挥发分与焦炭交互作用及评价方法

利用自制恒温热重实验系统,对几种典型煤种混煤试样进行恒定高温下的燃烧动力学实验,研究了掺混比、煤种、温度等因素对混煤燃烧过程中挥发分与焦炭交互作用的影响。该实验系统能近似模拟煤粉炉中煤粉突然喷入炉内高温燃烧情况,实现恒定高温下煤粉实时质量监测从而推算燃烧动力学。结果表明：随着新疆褐煤掺混比例的增加,燃烧速率升高,燃烬时间缩短。煤粉挥发分与焦炭燃烧存在时间上的重叠,并不是完全独立的两个过程。利用球对称收缩核模型描述高温下混煤燃烧过程,实验曲线与模拟曲线重合度较高。混煤在高温下燃烧挥发分与焦炭产生了显著的交互作用,简单加权方法由于未考虑这种交互作用,与实验曲线存在明显出入。通过改变高挥发分煤所占权重,提出了一种改进加权方法,重合度较高,且优于动力学模型。     

煤特征放热强度的实验研究

通过煤自燃程序升温实验,测定出煤体的耗氧速度、CO和CO2的产生率,采用键能平衡法推算煤体的最大和最小放热强度,并通过与相关大型煤自然发火实验结果的关联分析,建立了煤体实际放热强度与最大和最小放热强度的函数关系,提出了表征煤体低温氧化放热性且仅与煤体破碎程度和氧气浓度有关的综合指标——特征放热强度.然后根据不同粒度和入口氧气浓度不同条件下程序升温实验的结果分析,得出表征煤体自燃性的强弱——煤体特征放热强度与粒度和入口氧气浓度的实验关系式,从而为定量判定不同条件下煤体自燃性的大小提供理论依据.