污泥-煤粉协同燃烧工艺中热解过程的特性研究

将干燥后的上海市生活污水处理厂污泥和蒙西烟煤煤粉分别按照5%∶95%,10%∶90%,30∶70%的质量比掺混,取(6.5±0.5) mg共混物利用热天平进行热重实验,升温速率为30℃/min,终温为800℃。选取干基污泥和干基煤粉质量比为30%∶70%的共混物在热裂解-气相色谱质谱联用仪(Py-GC/MS)上进行快速热解实验,研究了两者协同燃烧中污泥掺混对煤粉热解挥发分释放的影响。结果表明：污泥单独热解挥发分的主要释放峰集中在320℃,440℃与730℃,有别于煤粉单独热解挥发分的主要释放峰位置480℃和635℃。煤粉掺烧10%和30%比例的污泥后,600℃以下热解活化能明显降低;污泥掺烧比例越大,热解活化能降低越多。600℃以上热解活化能变化不大。700℃时掺烧污泥会生成更多的碳数为1～8的小分子气态有机物,这区别于煤粉或污泥单独热解的情况。污泥热解产物富含醇、酸、酯和酮,煤粉热解产物以碳氢化合物为主。掺混热解后,酯类产率降低,酸增多,酚类和烃类平均相对分子质量降低。这与污泥中灰的催化作用以及污泥为反应提供了H·和OH·有关,是600℃下活化能降低的主要原因。     

环烷烃与航空煤油掺混燃烧特性研究

双碳背景下,采用生物质基航空燃油替代传统航油成为当前的研究热点之一。生物质基航油组分与传统航油不同,生物质基航油的环烷烃由木质素加氢脱氧得到,与传统航油中的环烷烃在结构上有所差别。不同结构的环烷烃的燃烧特性有很大差别,基于此,本文通过可变压缩比内燃机研究了四种典型生物质基环烷烃（环戊烷、环己烷、乙基环己烷以及十氢萘）与RP-3航空航油掺混后的低温燃烧特性及其在压燃式发动机中对燃烧过程的影响以研究燃料单一性的可行性。结果表明提高掺混比例,十氢萘对燃烧效果有明显的促进作用,着火点提前,放热峰值有所增加,放热更为集中;乙基环己烷有着与航油相似的燃烧特性,而环己烷与环戊烷会使燃烧相位推迟,放热率下降,增大混合燃料的易压燃难度,不利于燃烧。研究对于木质素催化加氢制备环烷烃和生物质基环烷烃具有重要的指导意义。     

含不同粒度铝粉的铝/冰燃料的燃烧特性

用微米铝粉逐级取代部分纳米铝粉制备铝/冰燃料,采用表面接触法和高速摄影技术研究了不同粒度铝粉改善铝/冰燃料燃烧特性的效果. 结果表明,随微米铝粉取代量增加,铝/冰燃料燃烧反应速率和剧烈程度均先提高后降低,微米铝粉取代量为30%(w)时,铝/冰燃料最高升温速率达6062.24℃/s,是纯纳米铝/冰燃料的3.8倍. 用微米铝粉取代部分纳米铝粉均不同程度提高铝/冰燃料的燃面传播速率,微米铝粉取代量约为20%(w)时燃烧性能最佳,燃面传播速率较纯纳米铝/冰燃料提高57.8%. 在分析实验结果的基础上,建立了铝/冰燃料的燃烧火焰模型.     

褐煤热解特性及宏观反应动力学研究

采用自主研发的单次处理量为3 kg的热解炉装置测定了不同炉温和试验时间下物料的温度分布和挥发分析出率,并利用此数据,获得了褐煤热解的宏观反应动力学参数,从而为褐煤热解工艺包的形成奠定了基础。     

不同粒度北露天褐煤的热解特性

为考察褐煤固定床热解过程的适宜粒度范围,以典型的北露天褐煤为研究对象,在自制的3kg固定床热解装置上进行了粒度0~50 mm煤样的热解试验。考察了粒度对热解产物、热解时间、挥发物中含尘量的影响。结果表明,褐煤粒度从0~10 mm增至40~50 mm,热解时间、焦油和荒煤气中含尘量都呈减小趋势,热解时间从197 min减少到164 min,单位体积荒煤气中含尘量从0.022 0 mg/L减少到0.011 3 mg/L,且焦油中含尘量均大于荒煤气中含尘量;粒度为20~30 mm时,褐煤热解过程的挥发物逸出阻力较小,二次反应和碳沉积概率较小,比较适宜热解。     

粒度对煤燃烧和热解动力学影响的量化研究

以六方石墨原子簇模拟纳米煤颗粒,采用量子化学AM1方法,研究了粒度对煤燃烧和热解动力学参数的影响规律.结果表明,粒度对煤粒燃烧和热解动力学参数有显著影响,Ea随着煤粒粒径的减小而减小,R则随粒径减小而增大,并且Ea和lnR均与粒径的倒数呈线性关系,这些影响规律与文献报道的实验结果一致.     

不同升温速率下水煤浆的燃烧特性分析

采用热重-差热分析仪研究了胜利制浆厂水煤浆在不同升温速率下的燃烧特性,所采用的升温速率为10、20、30、50 K/m in,所用的气体为纯O2,气体总流量为100 mL/m in。根据实验数据计算了不同升温速率下水煤浆在不同阶段的燃烧动力学参数,分析了水煤浆燃烧特性。结果表明:随着升温速率的增大,水煤浆失水更加迅速,在低温段和高温段的动力学特征参数都表现出质量损失增加和活化能降低的特点,各特性温度也相应增加。     

典型烟煤热解焦炭结构特性的实验研究

通过热重实验研究了三种典型烟煤在热解条件下粒径变化对焦炭结构特性的影响,并用扫描电镜对不同反应条件下的焦炭表面结构进行了观察.结果表明,现对于毫米级的煤颗粒而言,颗粒粒径变化对于挥发分析出速率的影响并不显著,但不同煤种的焦炭结构特性差别很大.对于塑性较小的煤,随着颗粒粒径的增大容易在热解过程中破碎,而对于塑性较大的煤在热解后不易破碎,但颗粒会出现膨胀和表面蓬松等现象,掌握焦炭结构特性变化对不同煤种的高效利用具有重要意义.     

热分析在煤燃烧和热解及气化动力学研究中的应用

论述了煤的燃烧、热解、气化反应动力学的常用的单一升温速率法、多重扫描速率法、动力学补偿效应以及分布活化能动力学模型等热分析研究方法，分析了现用热分析动力学方法的局限性；并对反应控制热分析、微热分析技术、微波热分析以及热分析技术与其他分析技术的联用，热分析技术间的联用等热分析新技术在煤的燃烧、热解、气化反应动力学研究上的应用进行了展望．     

粒度对煤粒燃烧和热解影响的理论分析

在化学热力学和动力学理论中引入表面项,并由此来分析和讨论粒度对煤颗粒燃烧和热解反应的影响规律.研究结果表明,煤颗粒的粒度对其燃烧和热解反应的热力学性质和动力学参数有明显的影响,粒度越小,影响越大;减小煤颗粒的粒径,化学反应的吉布斯函数差减小,煤颗粒燃烧和热解的趋势增大,使着火温度和热解温度降低,自燃容易发生;并且减小煤颗粒的粒径,其摩尔表面能增大,导致其燃烧和热解的表观活化能降低和速率常数增大,使煤颗粒的燃烧和热解速率加快,使转化率、燃尽度和热解度增加.     

微型流化床内碱金属和碱土金属对稻壳热解动力学的影响特性

通过微型流化床反应分析仪（MFBRA）研究两种典型碱金属和碱土金属（AAEM）钠与镁对稻壳热解气体生成动力学的影响,并采用模型积分法求解出4种主要气体组分（H₂、CO、CH₄与CO₂）的生成动力学参数。结果表明：不同气体组分具有不同的开始与终止释放时间,说明4种气体对应不同的生成路径和机理,高温条件和添加钠、镁离子均会提高气体生成的反应速率。采用典型气固反应动力学模型对气体生成过程进行了拟合求解,获取了气体组分在不同条件下的最概然机理函数。通过最概然机理函数求得了4种气体生成动力学参数,对比发现钠离子与镁离子降低了H₂、CO、CH₄与CO₂生成反应的表观活化能,其中CO受钠离子和镁离子的影响最为显著,进而从活化能角度证实了两种金属离子对于生物质热解特性的影响。     

烘焙稻壳与不同煤化程度的煤共热解特性

稻壳在250 ℃/30 min条件下烘焙后,与无烟煤、烟煤和褐煤3种不同煤化程度煤进行不同比例的混合,混合物分别进行热重分析和高温共热解特性研究。结果表明：热重分析中,添加烘焙稻壳有利于提高无烟煤和烟煤的转化率,其提高率低于5%,但是不利于提高褐煤的转化率;高温共热解实验中,随着烘焙稻壳添加比例的提高,无烟煤和烟煤与烘焙稻壳共热解固体产物减少,气体产物增加,而褐煤与烘焙稻壳共热解固体产量增加,气体产量略有下降;烘焙稻壳的添加有利于共热解产气中H2组分的增加和CO2组分的减少,通过改变烘焙稻壳在混合物中的比例可以对共热解气体组分进行调节。     

煤与稻壳共热解热重分析及动力学

利用热重分析仪对长焰煤和稻壳分别单独及按不同掺混比例进行热质量损失实验研究。通过比较煤与稻壳共热解热质量损失曲线和计算得到的理论曲线发现,添加稻壳对共热解过程有促进作用,在不同的稻壳掺混比例下,共热解过程质量损失率和最大质量损失速率均较理论值有不同程度的增大,推测稻壳掺混对共热解存在促进作用,促进作用与稻壳掺混比例不成线性关系。对煤与稻壳及共热解过程进行动力学分析,获得了反应活化能和频率因子,分析计算热解动力学参数表明共热解过程存在动力学补偿效应。     

谷壳热解过程中颗粒孔隙结构分形特性

由于颗粒相本身的复杂特性,因此研究者多是对生物质颗粒定性或就某一方面进行描述。借助分形理论可以对颗粒物理结构进行全面而精确的表征。本文利用分形BET方程,基于非线性最小二乘法,提出一种新的分形维数计算途径。该方法是根据多层吸附理论,对氮气等温吸附/脱附法测定的数据分析,直接获得表征整个吸附范围的颗粒分形维数,同时回归得到吸附过程中的吸附层数。分析表明,该方法计算得到的分形维数在数学层面上可以很好地表征颗粒内部微孔特征,同时通过对计算得到的吸附层数分析发现该计算结论也能被多层吸附理论解释,表明该方法在物理层面上也符合实际情况。利用该方法计算得到谷壳在快速热解条件下焦颗粒分形维数的变化。     

城市污泥与稻壳水热炭混合燃烧特性与动力学

采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性,用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明,稻壳水热炭的挥发性、着火和燃尽指数均高于城市污泥,具有较好的燃烧特性,掺混稻壳水热炭使城市污泥混合燃烧时发生热滞后现象。随着稻壳水热炭掺混比的增加,共混物的燃烧残余质量减少,着火性能变差,燃烧性能变强。活化能的相关系数均高于0.95,稻壳水热炭掺混高于50wt%时,共混物的平均活化能低于稻壳水热炭单独燃烧的平均活化能,掺混70wt%稻壳水热炭时出现最低平均活化能,为85.48 kJ/mol。城市污泥与稻壳水热炭混燃时有协同交互作用,且掺混50wt%稻壳水热炭时效果最佳。     

稻壳快速热裂解生物油的特性研究

Physicochemical properties of bio-oil obtained from fast pyrolysis of rice husk were studied in the present work.Molecular distillation was used to separate the crude bio-oil into three fractions viz.light fraction,middle fraction and heavy fraction.Their chemical composition was analyzed by gas chromatograph and mass spectrometer(GC-MS).The thermal behavior,including evaporation and decomposition,was investigated using thermogravimetric analyzer coupled with Fourier transform infrared spectrometer(TG-FTIR).The product distribution was significantly affected by contents of cellulose,hemicellulose and lignin.The bio-oil yield was 46.36%(by mass) and the yield of gaseous products was 27%(by mass).The chemicals in the bio-oil included acids,aldehydes,ketones,alcohols,phenols,sugars,etc.The light fraction was mainly composed of acids and compounds with lower boiling point temperature,the middle and heavy fractions were consisted of phenols and levoglucosan.The thermal stability of the bio-oil was determined by the interactions and intersolubility of compounds.It was found that the thermal stability of bio-oil was better than the light fraction,but worse than the middle and heavy fractions.     

Study on reduction reaction of MoO2 powder with NH3

Reaction mechanism between MoO₂ powder and NH₃ in the temperature range of 1028‐1273 K has been investigated. The results show that reduction products are strongly dependent on the reaction temperature employed. It is found that molybdenum nitride (Mo₂N) can be successfully synthesized when the temperature is below 1078 K, with the morphologies keep the same as that of the raw material MoO₂. Although the temperature is above 1078 K, metal Mo powder will be turned up; at the even higher temperatures, the thermodynamically stable phase will be metal Mo. In addition, MoO_xN_1?x as an intermediate product is formed during the reduction processes.     

水热预处理对稻壳焦热电性能的影响

为了探究水热预处理对稻壳焦热电性能的影响,首先通过不同水热温度对稻壳进行改性处理,分析了其燃料特性、官能团以及热解特性。再于550℃下热解,针对热解后的稻壳焦采用工业分析、元素分析、红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD）分析和N₂吸附脱附等方法研究改性前后稻壳焦特性及微观结构。结果表明：水热预处理后稻壳中半纤维素、碱金属和碱土金属大量减少,挥发分含量增加,并获得更多的含氧官能团。经改性后水热稻壳焦比表面积和总孔容积提高,在水热温度为150℃时达到最大比表面积335.1m²/g和最大总孔容积0.173cm³/g。用改性前后稻壳焦作为电极材料,NaCl为电解液,发现改性后稻壳焦输出电压提升明显,在50K温差下,输出电压为67.084mV,比能量为106.7mJ/g,展现了改性稻壳焦作为一种低成本多孔炭优异的热电转化性能。     

Fuel characteristics of agropellets fabricated with rice straw and husk

Our aim was to identify the potential of rice straw (RS) and rice husk (RH) as raw materials for pellet production. Compared to woody biomass, RS and RH can be easily dried, but contain significant levels of ash. Higher heating values of oven-dried RS and RH are slightly lower than those of commercial wood pellets. RS and RH contain substantially more silicon, potassium and calcium than larch sawdust. However, ash and moisture contents of RS was significantly reduced following a 15-week exposure period on rice paddy. These results suggest that RS and RH present suitable alternatives to wood as raw materials for pellet production due to their availability, relatively high calorific value and low moisture content. The durability of RS and RH pellets improved steadily with increasing pelletizing temperature and time. Pelletization under appropriate conditions also enabled the durability and bulk density of RS and RH to be improved, enhancing their potential as alternative combustion fuels.