燃煤过程中砷的赋存形态及其挥发特性

选取3个国内煤样,利用自制恒温热重装置研究了燃烧过程中砷的赋存特性及其挥发规律。通过测定不同停留时间下燃烧样品中砷的含量,拟合得到砷的挥发曲线和挥发速率曲线,并采用逐级化学提取的方法对原煤和不同停留时间下的燃烧样品进行形态分析。实验结果表明：温度是影响砷挥发的重要因素,700～1000℃是砷挥发的主要温度区间。煤粉燃烧过程中,砷的挥发速率与煤粉的失重速率具有同步性;伴随着煤中水分和挥发分的快速析出,砷也具有较高的挥发速率;随着燃烧过程的深入进行,砷的挥发速率变得缓慢。煤粉燃烧结束,3种煤（五里庄、红岩和梅花井）砷的挥发比例分别为49.5%、80.7%、65.0%,且在燃烧过程中煤中残渣态、硫化物结合态和可交换态砷相互作用迁移。     

温度和赋存形态对燃煤过程中砷迁移和释放的影响

选取3个煤阶共6个国内典型煤种,利用水平管式炉在不同温度下进行煤的燃烧实验,研究燃煤过程中砷的迁移和释放特性。利用热分析的相关理论和方法,将煤的热重分析手段运用于煤燃烧过程中砷的质量变化,通过对实验结果进行拟合得到砷的失重曲线和失重速率曲线,并采用逐级化学提取的方法对原煤及不同温度下煤灰中砷的赋存形态进行分析。25～1100℃的实验结果表明:随着温度升高,煤中砷的释放比例逐渐增大,1100℃下砷的释放比例变化范围为30%～67%。不同温度区间下砷的失重速率存在差异,800～900℃区间出现显著的砷失重峰,主要原因是以硫化物形式存在的砷在800～900℃区间发生剧烈的分解/氧化分解。此外,相同温度下褐煤的失重比例和失重速率较大,无烟煤的失重比例和失重速率较小,烟煤则介于无烟煤和褐煤之间。温度升高后,煤中的有机物结合态砷向气相迁移,酸溶态砷和残渣态砷共同作用,减少的砷主要进入气相中,还有一部分向可交换态砷迁移。     

富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为

选取SJS烟煤,利用高温管式炉模拟富氧燃烧,在600~1400℃温度范围内研究了O₂浓度、CO₂浓度及温度对砷挥发的影响,并进行了空气燃烧模式下的对比实验。对不同工况下的灰样进行FTIR表征并结合化学热力学软件模拟进行分析,结果表明:富氧气氛和空气气氛下煤中砷的挥发比例均随温度升高不断增大,并在低温区间(<900℃)和高温区间(>900℃)分别出现了砷的剧烈失重,但O₂浓度和CO₂浓度影响了不同气氛下砷的具体挥发行为。低温下(<900℃)O₂浓度是影响砷挥发的主要因素,O₂浓度越高,砷的挥发比例越大;相同O₂浓度下,CO₂浓度越高,砷的挥发比例越低,CO₂的存在抑制了煤中砷的挥发。高温下(>900℃)CO₂浓度是影响砷挥发的主要因素,富氧气氛下高CO₂浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度,因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后;此外CO₂在煤颗粒表面形成还原性气氛,高价态砷化合物向不稳定的低价态砷化合物转变,低价态砷化合物的快速分解导致高温下富氧气氛中砷的挥发速率较常规空气模式快。     

神府煤粉燃烧特性

为了给煤粉锅炉用户提供煤粉优选理论依据,以煤粉锅炉主要用煤神府煤制备的煤粉为研究对象,采用TG-DTG对煤粉的燃烧特性进行研究,分析了不同煤粉及升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率提高,TG、DTG曲线向高温方向移动,煤粉的着火温度升高,最大质量变化速率增大,最大失重温度提高,燃尽指数增大;随着灰分和粒径改变,升温速率为10或20℃/min时,煤粉的着火温度变化不显著,燃尽指数及综合燃烧特性指数均有影响。灰分减小,粒径不变时,D煤粉的综合燃烧指数为1.51,优于粒径74μm、灰分9.5%的P煤粉。     

转炉除尘灰与纳米催化剂对不同煤阶燃料燃烧特性的影响

利用热分析法研究了转炉除尘灰与纳米催化剂对高挥发分煤、低挥发分煤、无烟煤、石墨等四种不同煤阶样品燃烧过程中着火温度、燃尽指数、最大燃烧速率和最大燃烧速率所对应的温度等燃烧特征参数的影响。结果表明:催化剂对高挥发分煤和低挥发分煤催化效果不明显,对无烟煤和石墨起到了降低着火温度、提高燃尽指数和最大燃烧速率等催化效果。催化剂添加量为4%(质量分数,下同)时,Fe_2O_3对无烟煤催化效果最佳,转炉除尘灰对石墨催化效果最佳,而CaO对无烟煤和石墨的催化效果均最差。对于无烟煤,分别添加2%CaO、4%转炉除尘灰和10%Fe_2O_3时催化效果达到最佳。对于无烟煤和石墨,与纳米催化剂相比,转炉除尘灰催化效果更加明显。无烟煤和石墨在加入催化剂后,整个燃烧过程中的放热量均有所增加,但过高添加量对释放热量有明显的抑制作用。     

高砷褐煤与低砷烟煤混燃砷的挥发特性及模型

选取典型的高砷褐煤和低砷烟煤,在一维等温燃烧实验台上进行混燃实验,研究温度（600～1100℃）和掺混比（3:1、1:1、1:3）对高砷褐煤混燃砷挥发的影响。实验结果表明：随着温度的升高,单煤及混煤燃烧砷的挥发比例逐渐增大,不同温度下混煤燃烧砷的挥发比例介于两个单煤之间,但砷的挥发比例并不是简单的加权平均,不同温度和掺混比下混煤砷的挥发比例均高于加权值,高砷褐煤中较高的挥发分含量在影响混煤焦炭燃烧的同时也促进了混煤中砷的挥发。因此,提出了综合考虑温度、掺混比和高砷褐煤影响的混煤砷挥发模型,不同温度和掺混比下的模型计算结果与实验值吻合度较好。     

高砷褐煤与低砷烟煤混燃砷的挥发特性及模型

选取典型的高砷褐煤和低砷烟煤,在一维等温燃烧实验台上进行混燃实验,研究温度(600~1100°C)和掺混比(3:1、1:1、1:3)对高砷褐煤混燃砷挥发的影响。实验结果表明:随着温度的升高,单煤及混煤燃烧砷的挥发比例逐渐增大,不同温度下混煤燃烧砷的挥发比例介于两个单煤之间,但砷的挥发比例并不是简单的加权平均,不同温度和掺混比下混煤砷的挥发比例均高于加权值,高砷褐煤中较高的挥发分含量在影响混煤焦炭燃烧的同时也促进了混煤中砷的挥发。因此,提出了综合考虑温度、掺混比和高砷褐煤影响的混煤砷挥发模型,不同温度和掺混比下的模型计算结果与实验值吻合度较好。     

水煤浆在双锥逆喷燃烧器内燃烧过程的数值分析

为了研究煤粉和煤浆在双锥燃烧器内燃烧过程的区别,应用计算流体软件Fluent,对14 MW逆喷双锥燃烧器建立了燃烧过程的热态模型,分别进行煤粉和水煤浆的燃烧过程模拟研究。结果发现:水煤浆和煤粉的速度场基本类似;水煤浆中水分汽化增大了燃烧器的阻力,使离散相颗粒在燃烧器内的停留时间增加;由于水分高,水煤浆着火位置较煤粉延后110 mm;燃用水煤浆的燃烧器内平均温度和出口温度分别比燃用煤粉低162 K和199 K;水煤浆火炬的核心温度区比煤粉火炬提前438mm,且水煤浆火炬刚性更强,但衰减速度较快。水煤浆的燃烧特性处于逆喷双锥燃烧组织控制的有效范围,证明该燃烧组织原理是解决水煤浆燃烧温度与效率之间矛盾的有效方法之一。     

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性及动力学分析

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性研究利于煤的清洁高效利用及煤炭地下气化的开展,为探究吐哈盆地褐煤煤粉颗粒的热解特性和燃烧特性及动力学特性,通过热重实验、热解特征指数计算、综合燃烧指数计算及动力学软件Kinetics Neo模型拟合法,研究了煤粉在不同升温速率(5℃/min, 10℃/min, 20℃/min)和不同粒径(大于0.8 mm, 0.2 mm～0.6 mm,小于0.1 mm)下分别在氮气气氛中的热解特性和空气气氛中的燃烧特性,获得了不同条件下煤粉颗粒热解和燃烧过程的动力学参数。结果表明：升温速率升高有利于煤粉颗粒热解和燃烧,显著提升了热解和燃烧性能;煤粉颗粒粒径增大有利于煤粉热解,不利于煤粉燃烧;不同粒径煤样热解和燃烧焦产率没有明显区别,粒径增加对于挥发分释放的影响不大;热解与燃烧过程中活化能与指前因子分别在一次热解阶段和干燥挥发阶段较高,说明在这两个阶段反应速率较慢,单位时间内化学反应程度较高。     

不连沟煤热解半焦燃烧特性研究

煤热解产生具有高利用价值的煤气和焦油,并伴随产生大量的热解半焦,燃烧是半焦的主要利用途径之一。本文采用非等温热重分析法研究了热解条件(热解温度和停留时间)、热解气氛和燃烧升温速率对热解半焦燃烧行为的影响,并利用Coats-Redfern积分法对半焦燃烧过程进行动力学计算。结果表明:热解温度对甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合过程半焦的燃烧反应特性有重要影响。随热解温度升高,半焦燃烧反应性呈下降趋势,反应活化能逐渐增加,这与半焦中较低的挥发分成正相关。热解停留时间和热解气氛对半焦燃烧影响较小。与在氮气中热解半焦相比,加氢热解和耦合热解半焦表现出几乎相同的燃烧特征和反应活化能。燃烧升温速率显著影响半焦的燃烧特性,提高燃烧升温速率促使半焦燃烧反应在更高温度下进行。     

高炉喷吹煤粉添加剂热重实验研究

利用热重分析法研究了9种添加剂对煤粉燃烧性能的影响.利用TG-DTG曲线对配加不同添加剂的煤粉试样在不同温度下的煤粉燃烧率、煤粉初始剧烈燃烧温度、最大反应速率进行比较,并采用曲线拟合方法分析比较了煤粉燃烧的平均反应速率.综合热重分析得出,配加添加剂的5#煤粉试样的综合燃烧性能明显优于原煤,与原煤相比,煤粉开始剧烈燃烧温度降低了14℃,600℃时的煤粉燃烧率提高了11.94%,平均反应速率提高了8.7%.可考虑将5#试样所配加的添加剂作为煤粉助燃剂应用.     

用无形孔模型研究影响煤粉燃烧的因素

用一种新的孔隙结构模型──无形孔模型来研究影响煤粉燃烧的因素。对该模型进行数值计算，跟踪燃尽过程中温度、氧浓度、燃烧速率等随时间的变化，得到有关曲线。定量探讨整个煤粒内部的燃烧过程。研究挥发分析出和燃烧对煤粉燃烧过程的影响。研究孔隙率、比表面积、粒径等因素对煤粉着火、燃尽的影响。结果表明孔隙率对燃尽的影响较大，而比表面对着火的影响较大。     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

催化剂对劣质煤燃烧性能的影响

主要利用热分析法研究了催化剂NaClO4,MnO2和BaCO3对劣质煤燃烧性能的影响.结果表明,三种催化剂均可以提高劣质煤的挥发分释放量;各催化剂对煤粉的着火特性和燃尽指数都有不同程度的促进作用,其影响大小排序为:NaClO4>BaCO3>MnO2和BaCO3>MnO2>NaClO4;加入各催化剂后,煤粉的放热量均得到了提高.主要作用机理是:催化剂促进煤中挥发分的析出,降低煤的着火温度并且促进氧气与焦炭的充分接触,从而加速煤的燃烧过程.     

高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源，具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点，但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题，提高能源利用率，实现节能减排，该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性，分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响，并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明：混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小，第2阶段变大，燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下，掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增...     

煤热分析最佳测量参数的探究

本文使用同步热分析仪对煤粉燃烧过程的TG、DTG曲线进行了研究，分析同一品种的煤样在不同称样量、升温速率、空气气氛和反应气气流量条件下的各个燃烧性能指标，通过对比研究发现煤样在称样量5~6 mg、升温速率10K/min、空气气氛纯度在99.999%、反应气流量50 mL/min的条件下燃烧特性最好，煤自身的平均燃烧速率最快，且此时煤燃烧更快更彻底。     

煤热分析最佳测量参数的探究

本文使用同步热分析仪对煤粉燃烧过程的TG、DTG曲线进行了研究，分析同一品种的煤样在不同称样量、升温速率、空气气氛和反应气气流量条件下的各个燃烧性能指标，通过对比研究发现煤样在称样量5~6 mg、升温速率10K/min、空气气氛纯度在99.999%、反应气流量50 mL/min的条件下燃烧特性最好，煤自身的平均燃烧速率最快，且此时煤燃烧更快更彻底。     

裂殖壶藻与煤混合热解特性及动力学分析

采用热重法(TGA)研究裂殖壶藻与煤混合的热解特性及混合热解过程的相互影响. 结果表明,煤和微藻的DTG曲线半峰宽分别为225和68℃,挥发分析出的起始温度分别为225和183℃. 可见煤挥发分析出较慢,温度区间较宽. 混合物中随微藻含量增大,挥发分综合特性释放指数逐渐增大,样品热解活性增强. 微藻与煤混合热解过程相互影响程度与样品比例有关. 当煤/藻质量比为1:1时,最大失重速率的计算值与测量值相差0.83%/min,两者在热解过程中存在一定的抑制作用;当煤/藻质量比为3:1和1:3时,两者相互影响不明显. 利用Coats-Redfern法分析热解过程符合一级反应动力学模型.     

燃煤砷污染和抑制的研究进展

对煤燃烧过程中微量砷的污染和抑制的国内外研究现状进行了综述 .概述了煤燃烧过程中微量砷的排放对环境产生的危害 .分析了煤中砷在燃烧过程中不同温度下的转化形态 ,烟气中砷的主要存在形态 ,以及煤中砷在燃烧产物中的配置和主要影响因素 .给出了美国不同电站的燃煤锅炉、工业燃煤锅炉以及民用燃煤锅炉砷的排放因子 .探讨了不同吸附剂与含砷化合物的作用机理 ,以及减少燃煤过程中砷污染的可行性 .强调了加强煤燃烧过程中微量砷排放研究的重要性     

煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型

二氧化碳排放是造成温室效应的主要原因之一,富氧燃烧作为一种有效的碳减排与封存技术具有广泛的研究前景。在燃煤电厂中煤粉富氧燃烧的着火温度是燃烧器设计和运行安全的重要指标,并且与煤粉组成成分、煤粉粒径以及燃烧氛围都有复杂的相关性。因此,对煤粉富氧燃烧着火温度的预测模型研究意义重大。采用滴管炉分别测量了5种煤粉在O2体积分数为30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%富氧条件下的着火温度,分析了氧气体积分数和煤粉的组成成分与着火温度之间的关系。研究发现,随着氧气体积分数分数的增加,5种煤样的着火温度均显著下降,且挥发分越高的煤,下降幅度越大。将45组试验着火温度数据与其他研究者采用同样方法测得的69组着火温度数据组成机器学习样品库,以煤粉的元素分析、工业分析、煤粉粒径及氧气体积分数为输入条件,以着火温度T为目标输出,构建了遗传算法优化的随机森林模型(GA-RF模型),准确预报了煤粉富氧燃烧的着火温度,其预报精度为:R2>0.99,RMSE<16,MAE<8。通过模型参数重要性分析发现,氢组分超过5%后,着火温度出现阶跃式上升,现有煤粉着火数据也证实了该现象。