煤粉燃烧SCT模型氧气可达比表面积的实验研究

本文针对煤粉燃烧SCT模型中的氧气可达比表面积,进行了不同煤种的TG实验和N2/BET比表面积的测试,研究了煤粉燃烧过程中不同温度下比表面积在不同孔径下与燃尽度和燃烧速率的相关性,研究表明:煤粉在燃烧过程中的平均孔径大于3～11 nm时,该孔径以上的累积比表面积与燃尽度有很好的相关性;高阶煤的氧气可达比表面积在反应过程中逐渐增加,而低阶煤的氧气可达比表面积在反应过程中的变化不是很显著;通过大量的实验说明,不是所有的比表面积在反应过程中都发挥作用,而氧气可达比表面积可以很好地反映燃烧速率的变化.     

煤粉加压燃烧过程中氧气可达比表面积的实验研究

针对煤粉燃烧SCT模型中的氧气可达比表面积,进行了不同煤种的加压热重分析(PTGA)和不同燃尽度下煤焦N2/BET比表面积的测试,研究表明:煤粉加压燃烧过程中,当平均孔径大于2 nm时,累积比表面积和氧气可达比表面积均随燃尽度的增加而增加,说明该孔径以上的比表面积与燃尽度有很好的相关性;常压下TGA中不同燃尽度下煤焦氧气可达比表面积是PTGA下的1.5～2倍,这部分说明了加压反应速率不可能与压力等倍数增加.     

含内在矿物煤焦燃烧反应动力学模型研究

本文以含内在矿物煤粉为研究对象,在滴管炉上制焦后进行热重试验,用几种常用动力学模型进行数据处理。结果发现,用经典模型处理含内在矿物煤焦的热重数据线性不好,收缩核模型和随机核化模型也不能成立;用随机孔模型处理这些热重数据只在反应初期吻合较好,中后期偏差较大;而不同氧气浓度下所有煤焦的结构因子曲线都吻合得很好,这说明不假定任何模型的结构因子法能较好地反映含内在矿物煤焦燃烧动力学过程。     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究--PART Ⅱ:颗粒表面的氧气浓度分布模型

为了较准确地预报炉内煤粉燃烧速率,正确区分TGA中滞止煤粉表面与炉内载流煤粉表面氧气浓度的变化规律是非常关键的。从TGA中非稳态条件下坩埚内颗粒表面氧气浓度分布的数理解知,煤样的氧化过程是同时进行的,只是上部的氧化速率大一些,底部的氧化速率小一些;同一样品,同一升温速率,试样的堆积厚度的差异,会影响实验结果的重复性。分析表明,在初始和反应结束时,坩埚内颗粒表面氧气浓度等于环境浓度;反应速率达到最大值时,颗粒表面氧气浓度达到最小值。颗粒在炉内流动燃烧过程中,环境中氧气浓度值是单调减少的,煤焦表面氧的浓度是非线性变化的。     

煤焦燃烧过程中的亚观和微观形态及反应机理

通过FESEM和EBSP对煤粉在TGA、DTF和电站锅炉内燃烧过程中的亚观和微观形态及碳的含量变化的研究表明:炭的形态可分为5类:薄壁网架炭、厚壁网架炭、浅孔实体炭、实体炭和含碳矿物;同一煤样同一温度条件下炉内炭比TGA和DTF中的炭具有更大的反应比表面积;炉内炭的表面含碳量变化不大,不存在低温反应器的表面灰壳,因此,应用球形灰壳理论预报炉内煤粉的燃烧速率是值得怀疑的;亚观形态与微观形态间不存在几何分形上的自相似性.     

四角喷燃炉膛内湍流三维气相燃烧和气固两相流动的数值模拟

目前,已建立的绝大多数炉内三维数值模拟都以颗粒轨道模型为基础。颗粒相连续介质模型已成功地应用于模拟气固两相射流及煤粉燃烧室内的三维气固两相流动。本文将它应用于四角喷燃炉膛内流动的模拟,作为炉内粉煤燃烧全过程数值模拟的第一步。     

CaO表面CO对NO还原作用的实验与模型研究

循环流化床炉内石灰石脱硫对NOx排放产生影响,包括对挥发分氮氧化的催化作用以及对CO-NO还原的催化作用。利用固定床反应器对不同条件下CaO颗粒表面NO+CO的催化反应特性进行了探究。实验表明,无氧条件下,CaO能够显著催化CO还原NO,NO转化率与反应温度和CO浓度正相关,与NO浓度负相关.基于Langmuir-Hinshelwood机理建立了CaO催化NO+CO反应动力学模型,模型考虑了颗粒内、外扩散的影响.该模型适用于氧气浓度很低、CO浓度较高条件下。而在有氧气氛中,该反应受到明显抑制,且O2浓度越高,抑制作用越明显;当CaO周围氧气浓度远大于CO时,可忽略CaO对NO的催化还原作用。     

高温空气燃烧NOx排放特性的试验研究

通过两种结构烧嘴的热态燃烧试验对比,研究了烧嘴结构、燃气射流速度、过量空气系数对高温空气燃烧过程氮氧化物排放的影响特性。研究结果认为:在燃气喷口两侧布置两个矩形空气喷口的烧嘴,氮氧化物排放量低于圆形空气喷口烧嘴;随着燃气射流速度的提高,高温空气燃烧过程排放的氮氧化物逐渐减少。与普通燃烧过程不同的是,随着过量空气系数的提高,在一定范围内高温空气燃烧的氮氧化物排放量不断增加。分析认为,高温空气燃烧氮氧化物排放量与火焰体积、炉内氧气与燃气混合过程以及燃气射流和空气射流对炉内烟气的卷吸量有关。     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究-PART Ⅲ:氧气可达比表面积

根据不同温度下氧分子平均自由程的大小,比较了小孔、中孔和大孔中三种扩散速率与煤焦表面燃烧速度的大小.研究表明2000 K以内,颗粒表面分子扩散速率比氧化反应速率大1个数量级以上,过度扩散速率不小于氧化速率.温度小于1200K时,燃烧速率比Knudsen扩散速率小1～5个数量级,扩散孔径小于15～28 nm,反应主要在内外表面进行;1200～1600K时,燃烧速率与Knudsen扩散速率相当,扩散临界孔径28～38 nm,反应在外表面及浅层内表面进行;温度1600K以上时,Knudsen扩散速率比燃烧速率小1个数量级,孔径38～50 nm以下内表面上碳的氧化速度受扩散控制.煤焦的氧化主要发生在Knudsen扩散临界孔径10～50 nm以上的氧气可达表面上.     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

采用热天平获得同一种煤在不同升温速率下的TG、DTG曲线,可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线,根据两个不同升温速率下的数据,可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线,并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线,计算结果与实验结果符合较好。用此模型预测了在不同的恒定温度下试验煤种的煤粉燃烧速率随燃烬度的变化趋势。     

四角切圆燃煤锅炉燃烧嗓音和炉墙振动频谱特性的试验研究

本文介绍了对国产300吨／时锅炉燃烧噪音和炉内气压波动的测试情况，在测试中用磁带记录仪记录燃烧噪音和炉内压力波动信号，然后进行了频谱分析。结果表明，燃烧噪音的大小和炉墙振动的大小都随着负荷增加而增加，这表明了燃烧动力学是引起炉墙结构振动的主要原因之一。     

甲醇催化燃烧动力学及铂催化剂结构选择性研究

在严格的动力学控制下研究了甲醇催化燃烧反应动力学本征特性。铂催化剂上甲醇催化燃烧由氧气在催化剂上的活化过程控制,催化燃烧速率受限于铂表面的活性氧原子浓度;甲醇催化燃烧速率等于氧气在催化剂表面上的活化速率,随氧气分压增加而线性增加而不依赖于甲醇的分压。催化燃烧反应速率常数随催化剂颗粒直径减小而降低,随铂原子配位数减小而降低,由于少部分活性组分更容易吸附在铂催化中低配位数的原子上限制了氧气的活化过程。在微量催化剂的协助下甲醇就能实现稳定的低温催化燃烧,因而能有效地改善微细燃烧器内燃烧特性。     

劣质烟煤和无烟煤燃烧生成飞灰的电镜研究

一、前言 粉煤燃烧是一个非常复杂的物理化学过程。当煤粉被喷入锅炉炉膛后,受到火焰的辐射加热和回流烟气的对流加热,温度急剧上升,加热速率非常快,可达10~5K/秒。在一个极短的时间内,在煤粉粒子与周围介质之间及粒子内部进行着一系列的热质交换和化学反应:煤粒析出挥发份;挥发份与周围氧化介质发生气相反应;其反应产物与剩余焦碳     

多孔焦炭燃烧特性的模型构建及数值模拟

焦炭燃烧在固体含碳燃料燃烧进程中占有主导地位,常规燃烧温度范围内(1273～1700 K)的焦炭燃烧过程研究及其模型化对于燃烧设备的设计和优化具有重要的意义。本文根据实际炉内的炭粒燃烧情况,将焦炭燃烧的模拟过程分解成几个环节分别进行研究,即热解后焦炭的初始化学反应活性、焦炭燃烧中化学活性变化、外部氧的扩散对于内孔燃烧的影响,并给出了相关过程的模型计算式。通过与已有管式炉实验结果的比较,新模型的预测结果能较好地反映焦炭的真实燃烧状况。与目前常用的焦炭燃烧模型相比,本模型具备一定的燃料通用性,计算负荷低且能保持相当的预测精度,可耦合到大型燃烧计算程序之中,更为有效地指导实际燃烧设备的优化设计。     

四角切圆炉膛三维温度分布优化控制建模研究

炉膛燃烧三维温度分布可视化技术为实现炉内燃烧三维温度分布优化控制奠定了基础。本文采用数值计算的方法建立了炉内不同高度特征截面平均温度及相应的温度中心坐标作为中间被控变量,以各层各角燃烧器燃料量及一次风、二次风量等参数为输入变量的线性模型。检验结果表明该模型能正确反映输入变量的变化对炉内温度分布的影响,为采用自适应遗传算法实施燃烧优化控制创造了条件。     

基于混合分数模型的层流扩散火焰碳黑生成模拟

烟点高度是表征燃料碳黑生成能力的重要参数,基于烟点高度的碳黑生成模型能够与混合分数燃烧模型耦合使用,使得计算成本降低;该模型仅包含一个与燃料相关的模型参数(烟点高度),使其容易扩展至其它燃料。因此基于烟点高度的碳黑生成模型是复杂火灾场景模拟的理想碳黑模型之一。但是,该模型还需要相应的适用于混合分数的碳黑氧化模型,因此本文通过假设氧气浓度在化学当量比附近的分布,对碳黑表面氧化模型中氧气摩尔浓度的计算进行了一定的修正。运用修正后的碳黑模型,结合混合分数燃烧模型对三种不同种类的层流扩散火焰进行数值模拟,结果表明,三种层流火焰的碳黑体积分数计算值和实验测量值基本吻合,表明碳黑氧化模型中氧气摩尔浓度的修正是基本合理的。     

煤粉挥发份析出规律的研究

本文提出了粉煤挥发份析出的通用热解模型。该模型与现有的其他模型相比,主要特点是挥发份析出时的化学动力学参数E、K不随煤种变化,仅是颗粒最终温度T_∞的函数。这是一个新的结论。本文还得到了E(或K)和T_∞间的关系,它适用于所有的煤种。若在一定条件下得到粉煤挥发份的最终产量V_∞,则可用该模型预示任何煤种的挥发份析出过程。 本文报道了烟煤、褐煤、劣质烟煤、贫煤在高温下降炉中、加热气体为Ar、N_2和He的条件下,其挥发份的析出过程。煤颗粒的加热速率大于10~4K/s,直径从35μm—100μm,温度范围为973—1773K,取样时颗粒的冷却速率大于10~5K/s。确定挥发份的产量利用灰作示踪剂。气体在高温反应炉内的流动是层流运动,且颗粒在下降过程中弥散很小。     

处理污泥焦颗粒内部孔结构在燃烧过程中变化

在管式炉反应器中进行了1种污泥定温燃烧试验,进行了5个不同燃烬率样品的液氮静态容量法等温物理吸附试验.发现不同燃烬率的污泥样品孔分布特性相似,其孔系统可能主要是由一端封闭的不透气的孔构成;随着燃烬率的增加,比表面积、平均孔径和孔体积等参数变化不同;样品颗粒内孔表面分形维数随燃烬率的增长呈先降低再升高的趋势.     

流化床内重金属蒸发特性的动力学模型

在流化床内煤燃烧烟气中重金属浓度的实时监测基础上,发展动力学模型来研究重金属蒸发释放的动力学特性.该方法包括出口烟气中的重金属浓度变化的实验数据和一个反应器尺度的模型.在反应器的气体出口安装了在线分析系统,该在线分析系统可连续测量烟气中的重金属浓度变化规律.将烟气重金属在线分析的实验结果作为模型的输入参数,根据重金属的蒸发率和固体颗粒中重金属浓度的关系得到其蒸发的动力学规律,对于煤得到2级反应动力学规律.