龙岩煤不同宏观煤岩组分的颗粒及其燃烧性质实验研究

用浮选法分选出3个密度档、代表不同宏观岩相的龙岩煤颗粒，进行工业分析、元素分析和煤岩分析；并进一步通过扫描电镜结合压汞实验分析颗粒的结构，通过热天平实验研究不同宏观煤岩组分的燃烧性质。结果表明，(1)龙岩煤颗粒的煤岩主要由镜质组组成。其中，亮煤富含镜质组，密度相对较低，挥发分极少、固定碳高达80％以上；暗煤富含矿物质成分，密度极高但含碳量却很少，热值很低，接近于原煤中的矸石。灰煤中惰性组的量是三种岩相中最多的，其工业分析性质与原煤接近；(2)龙岩煤颗粒结构致密，密度在1.6g/cm3以上。颗粒中绝大多数孔隙的孔径在1μm以下。其中亮煤颗粒表面光洁致密，内部孔隙以亚微孔(0.01μm<d<0.10μm)居多，大孔径较少，比表面积较大；暗煤颗粒的表面孔隙较发达，内部结构相对较蓬松，颗粒中细孔、微孔、亚微孔都存在；而灰煤颗粒中的孔隙最不发达，以超微孔(d<0.01μm)为主；(3)不同宏观煤岩组分龙岩煤的着火温度相近，约580℃；但燃尽温度相差较大：亮煤最高，大于800℃；暗煤最低，两者相差约100℃；(4) 龙岩煤不同宏观煤岩颗粒的反应性按亮煤、煤(混煤)、灰煤、暗煤依次递减，亮煤的反应性最好，暗煤的反应性最差。     

龙岩煤不同宏观煤岩组分的热破碎性质研究

用筛分和浮选法对龙岩煤进行分选, 得到不同粒径、不同宏观煤岩的龙岩煤颗粒。在热天平上进行热解破碎研究,并在自制的小型流化床上进行燃烧破碎试验。结果表明,亮煤与灰煤均发生一次破碎, 破碎后生成许多细小颗粒, 其中粒径0.8mm以下的细颗粒占多数;暗煤则不发生一次破碎。随着升温速率和颗粒粒径的增大, 一次破碎变得较为剧烈;颗粒性质、颗粒粒径、炉床温度和燃烧时间等因素对龙岩煤在流化床燃烧中的破碎均有重要影响。亮煤与灰煤因结构致密, 颗粒中大孔隙少, 显微硬度大, 灰分少等原因使得它们在燃烧中发生严重破碎;而暗煤颗粒则因相反的原因不发生破碎或仅发生轻微破碎。粒径越大, 炉床温度越高, 燃烧时间越长, 破碎越剧烈;亮煤与灰煤在燃烧中均发生了二次破碎, 其中亮煤的二次破碎更剧烈;燃烧后期, 亮煤的颗粒破碎比灰煤更快;由于破碎, 入炉煤颗粒平均粒径在燃烧早期迅速减小, 而后随着燃烧的进行而逐步趋于一个稳定值;亮煤在流化床燃烧中服从等密度燃烧模式, 暗煤服从等直径燃烧模式, 而灰煤则服从混合燃烧模式。     

煤微孔隙特征及其与油气运移储集关系的研究

本文应用意大利Carlo-Erba 2000型压汞仪测定了孔隙半径为37.5—75000■(×10~(-8)cm)范围内煤的微孔隙特征(包括煤微孔隙体积、孔隙通道分布、孔隙结构、孔隙突破压力等内容),研究表明煤微孔隙性与煤的性质、煤的含烃性(油气)、煤层油气储集性、煤体破坏以及煤变质程度等地质因素有关。根据我国煤微孔特征进行了分类,它们与煤层油气运移和采矿安全研究有着密切的关系。     

煤在燃烧过程中破碎模型的建立

针对煤在燃烧过程中破碎行为，建立了单颗粒煤的一维破碎模型。模型结果显示：煤在燃烧过程中的起始破碎主要是由于煤所释放的挥发分在煤粒中的集聚，造成煤粒中产生较大的压力梯度，从而引起煤粒的破碎。这就较好地解释了煤在燃烧过程中的热破碎现象，为今后预测煤在炉内的粒度分布打下基础。     

超细煤粉的物理特性及其对燃烧性能的影响

采用英国Ｍａｌｖｅｍ公司的马尔文粒度仪,美国Ｍｉｃｍｍｅｒｉｔｉｃｓ公司的ＡＳＡ２０００型比表面及孔径分布分析仪,对合山 煤的各４种没粒径的细化与超细化煤样进行了试验研究。结果表明,通过煤偻的细化、超细化煤粉颗粒的比表面积、孔隙容积与空隙面积显著的提高,对其燃烧过程带来有益的影响。煤中无水无灰基元素碳含理越高则其比表面积、孔只与空隙面积受颗粒粒度的影响也就越大。     

煤燃烧过程中表面结构变化的SEM图像分析

介绍了SEM图像分析的多种方法,并讨论了各自的描述能力,利用这些方法分析煤在燃烧各阶段SEM图像,通过研究得到煤在燃烧过程中表面分形维数的变化规律,同时可获得表面孔的某些参数变化历程。分析表明,淮南低变质煤在850℃燃烧过程中,煤焦颗粒表面的分维数有一个先变低后变高的过程,煤焦表面分维数在2.2至2.5区间内变化;同时孔径分布由近双曲线分布变化为近正态分布,孔油加权平均形状因子增加,在研究过程中发现,不同的计算方法会对图像的分形维数值产生影响,确定合适的计算方法是分形理论在煤燃烧领域中应用的关键。通过比较发现Xie法较为适合计算煤焦表面SEM图像。     

残炭颗粒的形态、结构及其在燃烧过程中的分布

本文利用光学显微镜和电镜,阐述了不同残炭颗粒的形态和结构以及它们在燃烧过程中的分布特征。这些结果表明,残炭颗粒的形态结构特征不仅依赖于煤的显微组分组成,而且也依赖于煤的变质程度。由镜质组形成的残炭(包括薄壁煤胞、厚壁煤胞和网状炭)在燃烧过程中迅速减少。而来自于惰性组的未熔炭,当它以等密度方式燃烧时,其数量上的减少非常缓慢,所以它们可能导致电厂飞灰中未燃炭含量增高。     

电动态平衡技术在研究单颗粒煤燃烧中的应用

利用电动态平衡技术,将单个带电煤颗粒悬浮在样品池中,可以实现煤颗粒燃烧过程的原位微观研究。本文简要介绍了电动态平衡技术的原理和相关的操作方法,总结了该技术应用于煤燃烧研究的进展,进一步探讨了结合时间分辨光谱技术研究煤燃烧物理化学过程细节的可行性与发展前景。目的在于向国内研究者介绍这一新技术并激发更多的研究兴趣。     

固体燃料性质、组成、结构和分类

76.煤的表面积(Surface Area of Coal,K.A.Kini,S.P.Nandi,J.N.Sharma,M.S.Iyengar,A.Lahiri,Fuel,Lond.,1956,35,71)——用润湿热测出的煤表面积比用 BET 在液体空气温度下氮或氩吸附测得的值要高.Van Krevelen 用高压汞银法研究了煤的孔隙分布,认为煤具有微孔构造,氮分子若没有活化能是不能透入这些微孔的,他认为在低温下吸附速度很慢,因此用 BET 氮吸附方法测出的值低.Lahiri 曾注意到极性作     

聚丙烯腈基碳纤维及其原丝中的微孔尺寸分布

利用二维小角X射线散射技术(SAXS)研究了聚丙烯腈基碳纤维及其原丝的微孔结构。结合逐级切线法、对数正态分布及麦克斯韦分布函数对2类实验样品内部微孔的尺寸分布进行了分析。结果表明,2类样品中的孔结构具有显著差别,原丝微孔在4~8 nm范围内分布比较集中,碳纤维中微孔的分布区域则移向1.3~1.8 nm。散射数据显示出明显的分形特征,碳纤维与其原丝的孔分形维数分别为1.33和1.55,表明原丝中具有较大的孔隙缺陷。相对于原丝,碳纤维微孔尺寸分布走向均匀和集中,前者则表现出比后者更宽的尺寸分布。就拟合方法而言,逐级切线法的解析手段容易引入误差,低角区的纤维表面散射和高角区的噪音容易对其结果造成影响。正态分布得到了比较窄的尺寸分布,但对于低尺寸区域孔隙的拟合不理想。麦氏分布在一定程度上弥补了以上不足,能够较好地拟合两类纤维样品中微孔的分布状况。     

煤焦在燃烧过程中孔隙结构变化的模拟

煤焦在燃烧过程中的物理特性，如比表面积和孔径分布会发生连续变化，直接测量煤焦在燃烧过程中的孔隙结构变化很困难，但可以通过合适的数学模型来观察，二维的圆柱孔模型已大量用来对煤焦气化与燃烧过程中表面积和孔隙结构的变化进行模拟，这个模型把孔隙分成两大部分－－大孔与小孔，因为小孔构成比表面的绝大部分，所以在反应过程中比表面积的变化可以由单一小孔模型来拟合，本文采用了用Ｔｓｅｎｇ和Ｅｄｇａｒ提出的孔模型对几     

A new method to determine pore size and its volume distribution of porous solids having known atomistic configuration

A simple method, based on Monte Carlo integration, is presented to derive pore size and its volume distribution for porous solids having known configuration of solid atoms. Because pores do not have any particular shape, it is important that we define the pore size in an unambiguous manner and the volume associated with each pore size. The void volume that we adopt is the one that is accessible to the center of mass of the probe particle. We test this new method with porous solids having well defined pores such as graphitic slit pores and carbon nanotubes, and then apply it to obtain the pore volume distribution of complex solids such as disordered solids, rectangular pores, defected graphitic pores, metal organic framework and zeolite.     

煤粉物化特性对燃烧后灰颗粒物的影响

以三种煤粉在沉降炉中做燃烧实验,用Andersen粒子撞击器分离并捕集燃烧后的灰颗粒物,借助于压汞仪、扫描电镜及能谱、ICP-AES等对煤粉及分级颗粒物进行检测,研究煤粉物化特性对灰颗粒物的粒径分布、形貌、组成、痕量元素的富集等特性的影响。结果表明,煤粉孔结构、组分的赋存方式及含量等影响其破碎行为及组分迁移、转化的过程...     

煤中可溶有机质对煤的孔隙结构及甲烷吸附特性影响

采用四氢呋喃对临涣7煤和祁南3煤进行微波辅助抽提,进行了原煤和残煤等温吸附实验和低温氮气吸附测试,对比分析了抽提前后原煤和残煤的甲烷吸附量和比表面积、孔分布情况,并理论测算煤中可溶有机质吸附溶解甲烷量.结果表明,残煤的甲烷吸附能力低于原煤;抽提后,煤的比表面积和总孔体积增大,平均孔径减少,影响煤吸附气体能力的主要孔径为1.7~5.0 nm,且该范围内的孔数有不同程度的增加;压力为0.1~5.0 MPa时,两煤样中可溶有机质吸附溶解的甲烷量分别为0.45~4.22 mL/g、0.69~4.99 mL/g,最大吸附量分别占到原煤最大吸附量的30%和38%.分析认为,煤中可溶有机质占据部分煤中孔隙,影响煤孔隙结构,同时,在压力的作用下,甲烷可以溶解和吸附煤中可溶有机质.     

新疆高钠煤中钠的赋存形态及其对燃烧过程的影响

采用不同萃取液对中国新疆高钠煤进行逐级萃取实验,利用离子色谱仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪对萃取制得的滤液和固体煤样进行相应的元素分析,并通过逐级萃取后煤样的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数来分析高钠煤中不同存在形式钠对其燃烧特性的影响.结果表明,中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少.影响高钠煤中水溶钠含量的主要因素有煤颗粒内部孔隙结构和颗粒粒径,且高钠煤中有机钠在各个粒径范围都保持了相对稳定的含量.煤种不同会导致煤中水溶钠与水溶氯的存在形式不同.煤中水溶钠的存在不利于高钠煤的着火温度和燃尽温度的降低与燃烧特性的提高,相反煤中的有机钠却对其具有促进作用.     

Pore structure of the packing of fine particles

This paper presents a numerical study of the pore structure of fine particles. By means of granular dynamics simulation, packings of mono-sized particles ranging from 1 to 1000 microm are constructed. Our results show that packing density varies with particle size due to the effect of the cohesive van der Waals force. Pores and their connectivity are then analysed in terms of Delaunay tessellation. The geometries of the pores are represented by the size and shape of Delaunay cells and quantified as a function of packing density or particle size. It shows that the cell size decreases and the cell shape becomes more spherical with increasing packing density. A general correlation exists between the size and shape of cells: the larger the cell size relative to particle size, the more spherical the cell shape. This correlation, however, becomes weaker as packing density decreases. The connectivity between pores is represented by throat size and channel length. With decreasing packing density, the throat size increases and the channel length decreases. The pore scale information would be useful to understand and model the transport and mechanical properties of porous media.     

神华煤流化床气化带出细粉的粒径分离及分离后细粉的CO_2气化特性研究

按粒径将神华煤流化床气化带出细粉(简称细粉)依次筛分为七个组分。采用工业分析仪、元素分析仪、热重分析仪、X射线粉末衍射仪、物理吸附仪等对各组分细粉的基本物化特性、CO2恒温和程序升温气化行为进行了考察。在此基础上,对气化活性差异及其原因进行初步探索。结果表明,细粉经历部分气化后,由于挥发分的析出,细粉的固定碳含量较原煤高,但较相应半焦低。细粉的粒径分布范围较宽,呈近似"M"形分布。随细粉粒径减小,灰分含量增大,而含碳量减少。CO2恒温气化与程序升温气化获得的气化反应活性顺序一致:均随细粉粒径的减小先逐渐降低而后又逐渐升高。不同细粉气化反应活性的差异与其自身的石墨化程度及灰分含量有关,而在研究实验条件下与孔径结构关系不大。     

An understanding of the porosity of residual coal/char/ash samples from an air-blown packed bed reactor operating on inertinite-rich lump coal

The thermal treatment of coal causes a development of internal porosity of the resultant char due to the changes in the coal char pores, i.e. the opening of original closed pores, the formation of new pores, and an increase in pore size of existing and newly formed pores. Furthermore, the porosity formed during de-volatilisation causes changes in pore structural characteristics such as: density, pore size distribution, total open pore volume, porosities and average pore diameter. Much research has been conducted in this area, but was mainly focused on fine particle sizes (<1 mm) and vitrinite-rich coals, particularly from the Northern hemisphere. The objective of this study was to obtain an understanding of both the macro- and micro-porosity development within the de-volatilisation zone of a packed bed consisting of lump inertinite-rich coal (75 mm × 6 mm) from the Highveld coalfield in South Africa. This was achieved by generating samples in an air-blown packed bed reactor and conducting proximate, CO₂ reactivity, mercury intrusion porosimetry, and BET CO₂ surface area analyses on the dissected coal/char/ash samples.From mercury-intrusion porosimetry results obtained for the de-volatilisation reaction zone of the reactor, it was found that although the percentage macro-porosity and average pore diameter increased by 11% and 77% respectively (which confirms pore development), that these developments do not enlarge the surface area, and thus has no significant contribution on the reactivity of the coal/char. On the other hand, the micro-pore surface area, pore volume and pore diameter were all found to increase during de-volatilisation, resulting in an increase in the coal char reactivity. The micro-porosity is thus generally responsible for the largest internal surface area during de-volatilisation, which enables increased reactivity. The CO₂ gasification reactivity (at 1000 °C) increased from 3.8 to 4.5 h⁻¹ in the first stage of de-volatilisation, and then decreased to 3.8 h⁻¹ in a slower de-volatilisation regime. This is due to the maximum pore expansion and volatile matter evolution reached at 4.5 h⁻¹, before coalescence and pore shrinkage occur with a further increase in temperature within the slower de-volatilisation region of the reactor. During de-volatilisation there is thus both an increase and decrease in reactivity which might suggest two distinct intermediate zones within the de-volatilisation zone.