O_2/CO_2气氛下不同密度煤粉燃烧特性研究

本文将大同烟煤分为低(1.4 g/cm~3)、中(1.4～2.0 g/cm~3)、高(2.0 g/cm~3)3个密度段,进行不同密度原煤的工业和元素分析,利用热重分析仪研究了O_2/N_2、O_2/CO_2气氛(不同氧气浓度下)各样品的燃烧特性,并开展了反应动力学分析。结果显示在O_2/CO_2气氛下,随煤粉密度增加,煤粉最大失重速率减小,最大放热速率减小,燃尽温度升高;提高氧气浓度可降低燃尽温度。与O_2/N_2气氛相比,在氧气浓度相同的条件下,各样品在O_2/CO_2气氛下的着火温度、燃尽温度、表观活化能均升高。     

O_2/CO_2气氛燃煤半焦孔隙特性分析

在沉降炉上制备了不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦,采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形态.结果表明,所取的半焦试样均具有完整且连续的孔结构体系;但在相同的操作条件下,O_2/CO_2气氛下半焦试样的孔结构参数及其分形维数均小于相同O_2浓度的O_2/N_2气氛下的情况;两种气氛下煤焦的燃尽过程中,孔隙结构参数(S_(BET)、V_(BJH)和d_(pore))随燃尽率的增加均呈减小趋势;SEM图像的定性分析结果与N_2吸附的定量测量吻合较好.研究结果为深入认识O_2/CO_2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础.     

单颗粒流化床富氧燃烧特性研究

在二维热态可视化流化床实验平台上深入研究了O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下单个煤颗粒燃烧特性。实验中流化床床温为1088 K,O_2浓度为10%~40%,拟球形煤颗粒粒径为6 mm,两根热电偶分别记录煤燃烧过程中颗粒中心及表面温度的变化规律。实验结果表明:O_2/CO_2气氛下O_2扩散速率低于O_2/N_2气氛,使得煤颗粒的平均表观燃烧速率、升温速率及温度峰值降低,燃尽时间延长;提高O_2浓度后燃烧特性得以改善。为获得与空气气氛相近的燃尽时间,O_2/CO_2气氛下O_2浓度约需25%,但O_2浓度需30%才可达到和空气气氛相近的燃烧温度峰值。     

O_2/CO_2气氛下污泥与煤混燃特性研究

利用热重分析研究了O_2/CO_2气氛下污泥与煤混燃特性,基于热重(TG)和微商热重(DTG)分析曲线,分析了泥煤比、升温速率和气氛对污泥与煤混燃特性的影响。结果表明;在21%O_2/79%CO_2气氛下,污泥与煤混合物的着火温度随泥煤比的上升而显著降低,最大失重速率随着升温速率的提高而提高。随着氧浓度由21%提高到50%,燃尽温度从708.3℃降低至599.8℃,污泥与煤混合物的燃尽时间也明显缩短。21%O_2/79%N_2气氛下污泥与煤混合物的燃烧特性介于21%O_2/79%CO_2和30%O_2/70%CO_2气氛之间.     

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。     

微细腔内变组分CH_4/O_2/H_2O自热重整积碳特性

针对微动力装置中重整腔内催化剂表面容易积碳,重整反应需要大量能量等问题,在重整腔入口引入氧气,使甲烷发生部分氧化反应为催化重整提供热量。本文采用数值方法研究了微细腔中CH_4/O_2/H_2O镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析CH_4/O_2/H_2O混合物组分对甲烷自热重整反应及积碳的影响。结果表明:在混合物组分CH_4/O_2/H_2O摩尔比为1:0.2:2时,甲烷自热反应放热量刚好能满足甲烷重整反应的需求,氢气质量分数较高为3.32%,积碳浓度较低为1.19×10~(-6) kmol/m~2。     

O2/CO2条件下煤粉燃烧火焰特性的实验研究

本文利用平面火焰曳带流反应系统,对O2/CO2气氛下的煤粉火焰进行了实验研究.以期通过此实验研究,对后期的实验室规模的实验研究起到指导作用.结果表明:O2/CO2气氛下CO2的存在、氧分压的大小以及煤中的水分含量均对煤粉火焰有较大影响.     

中美典型煤种的脱挥发分特性

本文以中美典型煤种为研究对象,研究了不同煤阶煤种在接近于工业炉膛的O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的脱挥发分特性。详细对比探究了煤阶和脱挥发分气氛对表观挥发分产率、元素释放率和挥发分热值的影响。研究结果表明;高挥发分煤在O_2/CO_2气氛下的高温快速脱挥发分产率低于O_2/N_2气氛;煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下脱挥发分过程中元素的释放率没有明显差异;单位kg煤粉中含有挥发分的热值随煤阶的增加而降低;单位kg高挥发分的烟煤、次烟煤和褐煤在O_2/CO_2气氛下的挥发分热值要低于O_2/N_2气氛。     

O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.     

O_2/CO_2条件下焦炭氮向NO的转化特性

本文以大同烟煤在固定床上制得的焦炭为研究对象,利用卧式管式反应器对不同工况下焦炭氮向NO的转化特性进行了实验研究。主要开展了18%O_2/N_2和18%O_2/CO_2气氛,分别在973 K、1073 K、1173 K、1273 K和1373K下的焦炭燃烧试验。实验结果表明:在18%O_2/N_2和18%O_2/CO_2气氛下,从973 K到1373 K,焦炭氮向NO的转化率呈现先增大后减小的趋势,在1073 K出现峰值。和O_2/N_2下相比,O_2/CO_2下焦炭氮向NO的转化率均有所下降。     

褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物中碱性金属分布特性

通过沉降炉燃烧实验,研究了褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物的生成和碱性金属元素在颗粒物中的分布特性.结果表明,燃烧气氛由O2/N2燃烧转变为O2/CO2燃烧时,亚微米颗粒物的生成量减少,但超细颗粒量增加.气氛对碱性金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内.与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度下O2/CO2燃烧时所生成亚微米颗粒物中碱性金属向小粒径颗粒中富集.O2/CO2气氛下,低氧浓度燃烧时碱性金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献大,而增加氧浓度其在亚微米颗粒物中质量份额则减小.     

O_2/CO_2气氛下CH_4再燃还原NO的实验研究

在自行设计的实验装置上研究了CH4再燃还原NO的特性。研究结果表明,最佳再燃温度约为1000℃,再燃区最佳停留时间在0.4～0.6 s之间,随着平衡比的增大脱硝率最高可达90%以上,烟气中NO浓度越大再燃脱硝率越高,而SO_2存在对NO的还原有不利影响。总体表明,相同条件下O_2/CO_2气氛比常规空气气氛更有利于再燃脱硝。     

O2/CO2气氛下CO对煤焦异相还原NO影响的研究

为揭示O₂/CO₂燃烧过程中高浓度的CO对煤焦异相还原NO的影响,在1073 K温度下使用山西褐煤在卧式炉上进行了实验。分别对O₂/CO₂浓度比及CO浓度下NO的还原特性进行详细实验研究。研究结果表明:在O₂/CO₂气氛下,O₂浓度为30%时具有较高的还原率;相同O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛NO还原率高,表明在CO存在的条件下,高浓度的CO₂会促进NO的还原;当CO浓度从1.5%逐渐升高时,NO的还原率逐渐降低,到CO浓度为5%时,NO还原率比没有加入CO时还要低,而在空气气氛下CO浓度的变化对NO的还原率影响较小。     

煤基化学链燃烧技术的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧是解决中国燃煤CO_2排放的一种潜在技术,关键问题之一是难以气化和氧化的煤焦与氧载体之间的固固还原反应。本文基于溶胶-凝胶法,利用Al(OC_3H_7)_3和Fe(NO_3)_3·9H_2O制备了12种不同的氧载体,并用XRD、SEM、BET等对其物化性质进行了表征,发现烧结温度以低于1200℃为宜。选择6种不同参数(活性Fe_2O_3质量含量、烧结温度和烧结时间)的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体,在热重中研究了它们与煤焦的反应性能,结果表明,在880℃左右时,氧载体与煤焦快速反应,首先快速还原成Fe_3O_4,然后有一部分FeO出现。综合各方面因素,选用F6A1116氧载体(60%Fe_2O_3含量,1100℃烧结6 h)进行与煤焦/空气的多次循环实验。结果表明,氧载体没有杂质物相生成,表现了良好的循环反应性。反应后氧载体表面发生了一定程度的烧结现象,但仍维持孔隙结构。这些实验结果初步证明,基于Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的。     

O2/CO2燃烧方式下煤中有机/无机硫的释放特性

首先用重液浮选将一种烟煤分为高(＞2.0 g/cm3)、中(1.4～2.0 g/cm3)和低(＜1.4 g/cm3)三个密度段,并采用三态硫化学分析,发现无机硫(外在黄铁矿为主)主要赋存于高密度煤中,有机硫主要赋存于低密度煤中,几乎全部硫酸盐硫、部分有机硫和少量无机硫(内在黄铁矿)赋存于中密度煤中.其次在程序升温条件下研究了分密度煤中硫的释放特性以及含硫物相的浓度变化规律,探讨了有机/无机硫析出特性的影响机理.结果显示:在O2/CO2气氛下,高、中密度煤SO2析出曲线都有尖峰并呈双峰分布,在较短时间及较窄温度范围反应完全;与之相反,低密度煤释放曲线平坦且无明显峰,在较长时间和较宽温度范围均有析出;相对于O2/N2气氛,O2/CO2燃烧方式促进了硫以COS/SO3等物相生成,同时提高了煤灰中矿物质自固硫能力,从而降低了SO2的排放.     

含微细颗粒混合气体竖直槽道内冷凝换热特性实验研究

用氮气、水蒸气和褐煤煤粉模拟褐煤烟气混合气体,在水蒸气质量分数为30%,褐煤煤粉颗粒粒径小于70μm,颗粒浓度为0.13~1.37 g/m3,混合气体雷诺数为24331的参数范围下,对含微细颗粒混合气体在竖直槽道内的冷凝换热特性进行实验研究,分析微细颗粒浓度和粒径对混合气体冷凝换热特性的影响。研究结果表明:颗粒在冷凝液膜内伴随冷凝液的流动而运动,换热最终达到稳定状态;随着混合气体中颗粒粒径和颗粒浓度的增大,混合气体显热换热强度减弱。     

氧/燃料燃烧条件下方解石的转化行为

将45~63μm和90~150μm的方解石矿物在空气与氧/燃料条件下进行沉降炉实验,研究了燃烧气氛、颗粒粒径以及SO_2对方解石转化行为的影响。研究表明:方解石颗粒在氧/燃料燃烧条件下发生破碎,气氛中CO_2浓度越高,方解石的破碎越弱;方解石样品粒径越大,破碎越明显。气氛中CO_2的浓度越高,CaCO_3的分解越弱,90~150μm的方解石分解程度大于45~63μm的方解石。气氛中存在体积分数为0.3%的SO_2时,氧/燃料燃烧条件下CaSO_4的生成量大于空气燃烧气氛,SO_2的存在促进CaCO_3的转化。     

再燃降低NO_x排放及煤粉燃尽特性研究

以包含两种低挥发份贫煤在内的四种煤作为主燃料,在一维炉和一台93 kW卧式单角炉上对气体燃料再燃过程及煤粉和再燃燃料的燃尽特性进行了详细实验研究,同时对炉膛内NO_x浓度分布等进行了测量和分析.实验发现,再燃过程除了要采用合适再燃区停留时间外,气体再燃燃料还应选择在炉膛内NO_x浓度较大区域内喷入,以提高再燃脱硝效率.实验结果表明,即使采用低挥发份煤作为主燃料,当再燃区停留时间达到约0.7～0.9 s,气体再燃燃料比例达到10%～15%时,气体燃料再燃过程就能在保证煤粉颗粒燃尽率不明显降低前提下,获得50%以上的再燃脱硝效率.     

硼颗粒着火阶段氧化性能研究

硼具有比镁、铝更高的能量密度,是一种具有很大应用潜力的理想固体添加剂。但硼颗粒着火过程机理尚不明确,尤其是着火过程中关键阶段:氧化层增厚的过程,更需要深入研究。本文利用热重和管式炉等实验方法,对微米硼颗粒着火阶段的氧化膜增厚过程,即氧化性能进行了研究。发现在氧气/氮气或空气的气氛中,微米硼颗粒的氧化过程分为脱水、快速氧化和慢速氧化三个阶段。利用多个升温速度法求得快速氧化阶段的活化能为131.74 kJ/mol。微米硼颗粒的着火温度约为929~969 K。着火温度随着加热速度的增加而升高,随着氧气浓度的增加而降低。硼颗粒氧化后会黏结在一起,形成类似"切糕"状产物:未氧化的单质硼镶嵌在氧化产物B_2O_2及B_2O_3中。这种产物结构说明了(BO)n扩散模型具有合理性。     

H2O对钒钛催化剂快速SCR反应影响规律及机制研究

相比常规烟气气氛中的选择性催化剂还原脱硝(SCR)反应,商用钒钛(V₂O₅/TiO₂)催化剂在NO₂加入后构成的快速SCR反应气氛中具备优异的低温脱硝反应性能,快速SCR反应被认为具有良好的低温脱硝应用前景。烟气中存在的水蒸气会严重降低SCR催化剂在低温下的脱硝活性,因此本文重点研究了水蒸气对钒钛催化剂上标准及快速SCR反应的影响,发现快速SCR反应比标准SCR反应具备更优异的抗水性能。本文采用动力学实验结合密度泛函理论计算的研究方法,得到H₂O和NH₃在催化剂表面的竞争性吸附是H₂O抑制标准SCR反应的重要影响因素之一,而在快速SCR反应中,NO₂对催化剂的快速重氧化作用使得反应速率始终保持在较高水平,削弱了H₂O对NH₃的竞争性吸附影响,从而了展现良好的抗H₂O影响性能。