成灰温度对污泥灰矿物质演变及熔融特性的影响研究

采用STA、SEM、XRD等谱学表征技术对不同成灰温度下的污泥灰样进行理化特性分析。研究表明,低温灰样仍含有残余未燃尽物而呈黑棕色,矿物质成分变以方解石、石英以及焦磷酸盐为主,随着成灰温度升高,灰样中的未燃尽物逐渐燃烧分解而逐渐变为铁红色,并形成较多晶枝结构,直至熔融,同时矿物质成分变化显著,主要以中长石类、硬石膏、赤铁矿以及磷酸正盐为主。同步热分析实验表明,随着受热温度升高,不同成灰温度下的灰样均出现了吸附水、结晶水析出,污泥灰残余有机物燃烧分解,白云石、方解石和白云母分解,以及随后的硬石膏分解等失重阶段,而且成灰温度越低,终止失重质量越大。由于低温灰样保留了较多的污泥原有特征,因此吸热量大于高温灰样。     

城市污泥灰分矿物质组分演变与热重实验分析

运用XRD、EDX以及TGA等实验方法对大连不同污水处理厂不同灰化温度下的污泥灰分进行分析。研究表明,在实验温度范围内,灰分中矿物质组分变化较大,温度较低时灰分中矿物质以方解石、石英以及焦磷酸盐为主,另外存在硅线石、磁铁矿和赤铁矿等。随灰化温度的升高,除石英稳定外,灰分中长石类、硬石膏以及磷酸正盐和磷酸铝钙、磷酸铁钙成为主要成分。由于灰分中碱性氧化物较多,温度超过900℃出现了部分熔融现象。TGA实验表明,同一种物质不同温度的灰分失重明显不同,灰化温度越高,失重越小。不同灰化温度下灰分反映出污泥在焚烧过程中反应进程,随受热温度升高,都出现了矿物质失去吸附水,矿物质析出结晶水,污泥中有机物燃烧,方解石分解,以及随后的硬石膏分解等失重阶段。     

污泥和脱灰污泥的热解特性及NOx前驱物的转化研究

利用热重-质谱联用技术(TG-MS)研究污泥及脱灰污泥热解特性及NH_3等含NOx前驱物释放规律,结果表明:污泥脱灰后,样品热解起始温度、NH_3、HCN、HNCO、CH_3CN等NOx前驱物析出温度均升高。同时,在750～900℃均并未出现明显失重,热解过程总失重率远远高于原污泥。由于脱灰污泥所含矿物质已被大部分脱除,不再留存于污泥及焦炭中,N_2在610℃后的高温段并未见析出。除此之外,HCN、HNCO、CH_3CN、H_2等气体均在高温段升高。     

杜仲药渣与煤的混烧特性及灰熔融特性研究

本文采用热重分析仪分析了杜仲药渣和石下江煤的混合样品的燃烧特性,采用灰熔点测试仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪及扫描电子显微镜对混合物灰样的灰熔融特性变化进行了分析.结果表明:药渣掺混比为40%时着火温度最低;加入90%药渣时,稳燃性指数、综合燃烧特性指数、最大燃烧速率和平均燃烧速率值均达到最大,燃尽温度最小;在杜仲叶渣和煤的共燃过程中,发生了协同作用,生成了一些新的矿物质,混合灰样的灰熔融温度随着药渣质量分数的增多而减小.     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

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。     

煤显微组分富集物燃烧特性滴管炉试验研究

利用滴管炉对不同显微组分富集样进行了燃烧试验，利用灰示踪法对它们的燃烧特性进行了分析。结果显示，不同显微组分组成样的燃烧特性不同，富惰质组样较为明显地显示出较低的挥发分燃尽度、固定炭燃尽度和煤燃尽度，这表明惰质组的燃烧性能比镜质组差。但由于矿物质影响的存在，使得一些煤中显微组分富集样的燃烧性质表现出随显微组分组成更为复杂的变化。     

污泥与秸秆掺烧的燃烧特性研究及应用

利用热重分析法对某城市污泥和秸秆及其混合样的燃烧特性进行了分析研究,结果表明,在加热速率20℃/min,温度为20¹ 000℃,空气气氛下,污泥和秸秆及其混合样燃烧的失重特性和燃烧性能存在差异。单一污泥试样的着火温度为334.2℃,试样着火后,燃烧速率并不高,不能快速形成较高的燃烧温度,且燃烧过程不均匀。污泥中掺入秸秆后,秸秆中的挥发分在低温区大量析出和燃烧,增加了反应的剧烈程度,提高了混合样的燃烧稳定性和燃尽水平。随着秸秆掺混比例的增加,混合试样的着火点温度明显降低、最大燃烧速率出现的温度提前、可燃性指数逐渐增加。当秸秆的掺混比为20%,混合样品的低位发热量达到13 911 kJ/kg。     

煤中矿物质在标准制灰过程中的演变

选择六种典型的煤,通过低温灰与815℃灰中矿物成分的对比,发现煤中主要矿物质的转变,然后通过热重分析和原位X射线衍射的方法研究煤中主要矿物质在国标法制灰过程中的演变过程。研究发现,煤中的主要矿物质为石膏、烧石膏、方解石、高岭石、石英、黄铁矿、菱铁矿和白云母。这些矿物质的转变过程各有特点,其中方解石的转变对灰熔融特性的影响最为关键。     

不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价

为了制备燃烧性能优良的棉秆炭,文章利用热重法测试了不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性,并对其进行了综合评价。分析棉秆炭的燃烧失重过程后发现:棉秆炭的失重峰是由挥发分燃烧峰、固定碳燃烧峰和挥发灰挥发峰叠加而成;随着炭化温度和时间的增加,棉秆炭所含的挥发分含量减少,灰分含量增多,着火温度增加;随着炭化温度和时间的增加,棉秆炭的固定碳含量、挥发灰含量、燃尽温度、挥发分析出指数D、着火特性指数Z、燃尽特性指数H、综合燃烧特性指数S未见明显规律。利用灰色综合评价法对棉秆炭的多个燃烧指标进行综合评价,结果发现,300℃炭化2 h所制得的棉秆炭的燃烧指标关联度值为1.834 5,燃烧性能最佳。     

不同热转化条件下秸秆灰的熔融特性研究

生物质灰熔融特性的影响因素众多,为了系统地研究生物质灰在不同热转化条件下的熔融特性,以小麦秸秆为例,系统研究了反应温度、热解气氛、O₂体积分数等变量对麦秆灰熔融特征温度的影响规律,探究了麦秆灰的熔融特性。结果表明：随着热解温度升高,灰熔融特征温度升高,这是因为温度升高,碱金属随之挥发,而碱金属含量越低,熔融温度越高;随着气化温度升高,软化温度、半球温度、流动温度变化都不明显,但变形温度明显升高。温度的改变会造成麦秆灰残余矿物质的变化,低温物质转变为高温物质,熔融特征温度进而发生变化。反应气氛改变,麦秆灰的熔融特征温度也会发生变化。在O₂体积分数为6%～18%时,灰熔融特征温度并无明显变化。     

O2／CO2煤粉燃烧对矿物质成灰行为的影响

通过乌兰木伦煤在高温沉降炉中的燃烧实验,研究了O2/CO2燃烧时煤中矿物质的成灰行为.通过对所生成灰样的详细分析,并和O2/N2气氛下煤灰特性比较,研究了O2/CO2燃烧对矿物质成灰行为的影响.结果表明,与O2/N2燃烧相比,O2/CO2燃烧对灰样中生成的主要矿物质物相未产生显著影响,但改变了它们的相对含量;煤粉在O2和CO2体积比R为1:4条件下燃烧时,亚微米颗粒的生成量在较空气燃烧时减少,而当O2和CO2体积比R为2:3时,亚微米颗粒的生成量较相同氧浓度的O2/N2燃烧时大幅度增加;燃烧气氛还显著地影响亚微米颗粒的元素组成.     

污泥样品灰熔点与灰组成关联的实验研究

重点针对污泥联合垃圾焚烧过程中焚烧炉内结焦现象进行研究,对来自不同地区的污泥样品进行工业分析、元素分析、灰熔融温度等摸底测试,讨论不同样品的灰熔点与其灰组成的关联,找到适用于污泥灰的结焦判断条件。通过添加不同种类、不同比例的添加剂,来改善垃圾焚烧炉内的结焦现象。研究结果表明不发生燃烧结焦的污泥需满足:考虑S的碱酸比R_s0.6和硅铝比0.5。实验观察到:随着掺烧比例的升高,含有Si、Al元素的添加剂对控制炉内结焦有较好的作用。     

生活污泥与煤混烧的热重试验研究

选取广州某污水处理厂污泥进行不同比例混煤掺烧的热重分析试验,研究发现:失重较为明显区城在200～700℃范围.掺煤比例较小(<30%)时,低温段DTG峰的跨度大;当掺煤比例较大(> 70%)时,DTG峰宽且值大,与煤燃烧特性接近.随着污泥掺煤比例的提高,着火温度提高.通过分析燃尽温度和燃尽特性指数,得出本试验条件下燃尽的最佳的掺混比例范围为40%左右.化学动力学研究发现,随着污泥比例的降低和煤比例的增加,活化能增加,反应速率减慢.     

不同氧气浓度和粒径下工业污泥燃烧特性的实验研究

在不同氧气浓度和样品粒径条件下,采用热重分析法对3种不同行业的工业污泥进行了实验研究.结果表明,工业污泥着火和燃烧特性好、着火温度低,但燃烧不剧烈,综合燃烧性能不高.适当增加氧气浓度,燃烧非基元反应增多,着火和燃尽性能改善.粒径大小对气体的扩散和热传导有较大影响,随着粒径减小,反应区间变窄,失重量增加,燃烧失重速率峰值增大.     

新疆棉杆直燃特性分析

为实现新疆棉杆的生物质能合理利用,以新疆乌苏市皇宫镇的棉杆为典型样本,进行生物质燃烧特性研究。对棉杆样品进行了工业分析和热重分析,对其燃烧产物-灰样进行熔融烧结实验和汞含量分析。利用X射线荧光光谱仪对完全燃烧温度分别为400、600、800℃的灰样的微量元素成分进行分析,并对灰样中重金属汞含量进行测定。研究发现:棉杆的燃烧过程经历了2个失重峰值,当燃烧温度到达800℃时,棉杆的失重率几乎为零;灰样中K元素含量随温度升高而减少;Cl元素含量在燃烧温度为400和600℃时基本一致,当燃烧温度升高到800℃时,Cl几乎全部析出,灰样中的其它元素含量基本没有变化。400℃灰样中金属元素主要以碳酸盐、硅酸盐和氯化物的形式存在;600℃时灰样中形成的化合物较为复杂;800℃灰样中金属元素主要以氧化物的形式存在。棉杆中的汞含量远低于现有电站的燃煤含量,其燃烧的固体产物灰中的汞含量也比煤灰少。     

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.     

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。     

气化条件下压力影响灰熔融特性的实验研究

利用加压热天平结合X衍射分析仪来研究压力对煤灰熔融特性的影响。受加压热天平温度的限制,只研究1100℃以下压力的影响。利用X衍射分析仪分析不同压力、不同温度下煤灰中的矿物质成分,根据X射线衍射图谱分析矿物质对灰熔融特性的影响,以及在不同压力和不同气氛下矿物质的变化和新生成矿物质对灰熔融性的影响。结果显示:CO2气氛下压力对煤灰矿物质的生成影响不大;N2及H2O气氛下压力具有促进煤灰低温矿物质向高温矿物质转化的作用。     

灰煤混合燃料的燃烧动力学特性研究

利用TGA/SDTA851e型热重分析仪,对煤及不同灰煤比的混合燃料进行了热失重实验,获得了其热失重特性曲线。采用单个扫描速率的Coats-Redfern法、多重扫描速率的FWO（Flynn-Wall-Ozawa）法和Starink法三种典型的热分析方法求取了各样品的动力学参数。结果表明：随着灰煤比的升高,样品燃烧反应平均过程的活化能增高;灰煤比由0升高到0.15时,样品的活化能、着火温度和燃烬温度变化较大;灰煤比从0.15升高到0.45时,活化能、着火温度和燃烬温度变化较小。同时,通过对比几种分析方法的计算结果,认为采用多重升温速率法求取活化能时要谨慎,建议采用单重升温速率法和多重升温速率法相结合来分析燃料的热解及燃烧机理。