岩相及煤阶对煤的燃烧特性的影响

为了确定手选富显微组分煤及焦的燃烧特性，从显微组分和煤阶的角度用热天平的燃烧曲线研究反应性，并给出焦的活化能。煤和焦的比表面积由液氮等温吸附求得，并用扫描电镜观察了焦的表面形态。用灰色关联法分析各显微组分和煤阶对反应性和表面形态的影响。结果表明，镜质组对煤和焦反应性和表面形态均有重大影响，煤的反应性受显微组分的影响比煤焦更显著，若不考虑矿物质的影响，则各因素对煤及焦反应性影响次序为Ｖ＞Ｒ＞Ｉ＞Ｅ。     

用热重法研究我国四种煤显微组分的燃烧特性

本文用热天平考察了平朔煤，红阳煤，大同煤和东胜煤显微组分的燃烧特性，以及原生矿物质对显微组分燃烧的影响。研究表明，各显微组分的燃烧特征温度，镜质组低于惰质组，壳质组在燃烧的有，中期，特征温度较低，在燃烧后期，与其它两个显微组分的特征温度差值变小。     

煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响

通过对不同变质程度煤的岩相显微组分分析，考察了煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响。结果表明，在相近的灰分含量下，对于烟煤较高的镜质组、较低的丝质组含量有利于煤的成浆性和稳定性。从多元线性回归结果来看，镜质组和丝质组的含量对煤浆成浆性和流变性的影响较为明显，稳定组分的含量对水煤浆性质的影响较小。丝质组含量对稳定性作用明显，当煤中丝质组含量低于30%时，煤浆产生软沉淀的时间一般都在15d以上。煤的平均最大镜质组反射率与煤的成浆性具有较好的相关性，成浆性随煤的最大镜质组反射率增加而增加，因此可以用最大镜质组反射率来预测煤的成浆性。     

煤质特性对CeO_2催化煤粉燃烧的影响

利用酸洗法和燃烧法分别得到煤中的有机物(脱灰煤粉)和煤灰,研究了煤变质程度、显微组分、煤灰含量等煤质特性对CeO2催化煤粉燃烧的影响。研究发现,变质程度对CeO2催化煤粉燃烧具有明显的影响,变质程度越高的脱灰煤粉燃点降低越多,燃速提高越快。其催化燃烧顺序为褐煤烟煤无烟煤。同时研究发现,CeO2对神华烟煤两种主要显微组分的燃烧没有明显的催化作用。煤灰对脱灰煤粉燃烧也有催化作用,对人工煤而言,当煤灰含量低于18%时,煤灰与CeO2具有协同作用。煤灰的质量分数为6%时,煤灰与CeO2的协同作用最强,之后随着煤灰增加协同作用逐渐变弱;当煤灰的质量分数超过18%时,协同作用消失,CeO2的催化作用消失。说明煤灰含量超过18%时,CeO2的催化作用被抑制。     

煤的氧化和岩相组成及复合添加剂对煤成浆性的影响

本文研究了煤的氧化、煤的岩相组成、以及复合添加剂对煤成浆性能的影响。实验指出,煤的自然氧化将大大降低煤浆煤浓度、增加煤浆实测粘度和目测流动度,但对煤浆结构沉淀性质改变不大;在煤灰分含量基本一致时,煤的岩相显微组分中镜质组、半镜质组含量增加,丝质组含量减少,可综合提高煤浆性能;复合添加剂可使煤浆具有高煤浓度、低粘度、煤浆结构疏松、稳定性好易触变的性质。     

显微组分对粉煤燃烧的影响

本文对七种粉煤样及其富显微组分煤样的显微组分分析结果的研究发现，显微组分及其微成分在煤中分布不均匀，且分布与煤的变质程度有关。煤的挥发分并不体现占优势显微组分的特征，因此显微组分对粉煤的着火影响不大。通过扫描电镜观察和分析表明，焦颗粒形态可分为四种，并与显微组分和变质程度有关。对其中三种煤九组样的焦的比表面和平均孔径测量表明，它们之间有近似反比的关系，微成分对同一煤的不同粉煤颗粒的比表面存在影响。     

煤质特性对CeO2催化煤粉燃烧的影响

利用酸洗法和燃烧法分别得到煤中的有机物（脱灰煤粉）和煤灰,研究了煤变质程度、显微组分、煤灰含量等煤质特性对CeO₂催化煤粉燃烧的影响。研究发现,变质程度对CeO₂催化煤粉燃烧具有明显的影响,变质程度越高的脱灰煤粉燃点降低越多,燃速提高越快。其催化燃烧顺序为褐煤<烟煤<无烟煤。同时研究发现,CeO₂对神华烟煤两种主要显微组分的燃烧没有明显的催化作用。煤灰对脱灰煤粉燃烧也有催化作用,对人工煤而言,当煤灰含量低于18%时,煤灰与CeO₂具有协同作用。煤灰的质量分数为6%时,煤灰与CeO₂的协同作用最强,之后随着煤灰增加协同作用逐渐变弱;当煤灰的质量分数超过18%时,协同作用消失,CeO₂的催化作用消失。说明煤灰含量超过18%时,CeO₂的催化作用被抑制。     

石油焦与煤混合燃料热重分析研究

石油焦与煤混合燃烧是高效处理石油焦的有效方法，作者对选用的石油焦和煤不同配比的混合燃料进行了热重分析研究。使用常压高温热天平研究、分析了各配比混合燃料的热解特性和燃烧特性。并根据化学动力学方法计算了各过程的化学动力学参数，即活化能E和频率因子A0。结果表明，各混合燃料热解起始温度大致相同，随煤焦比减小，挥发分析出速率变缓，最大释放速度所对应的温度升高，最终失重率减小，挥发分释放特性指数减小；随煤焦比增大，混合燃料着火温度和燃尽温度逐渐降低，最大燃烧速率所对应的温度降低，燃烧特性指数增大；随煤焦比减小，活化能和频率因子增大。     

煤灰及各种矿物质对SO2排放特性的影响

利用TG-DTG采用低加热速率实验研究了煤阶、脱灰及煤中主要矿物质成分对煤燃烧过程中SO2排放特性的影响,并对矿物质成分的影响机理进行了讨论。结果表明,煤中硫质量分数的高低对烟气中SO2的排放有明显影响,排放水平与硫质量分数不成比例;煤中硫向SO2转化率与煤阶之间没有明显的关联;脱灰能较小程度地促进SO2的生成,抚顺煤主要矿物质成分中Na、K、Mg以及Ca等碱金属与碱土金属明显抑制SO2的排放,同时纳米级的TiO2也减少烟气中SO2体积分数,这些成分对SO2抑制作用的顺序为MgNa≈K>Ca>Mg>Ti的次序加速焦炭的氧化;Si和Al属于惰性成分,对煤中硫的迁徙以及煤的燃烧特性没有显著影响。     

煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3生成规律的研究

经等密度梯度离心分离，从褐煤、长焰煤、气煤和贫煤四种不同变质程度煤中获得了高纯度的有机显微组分。用石英管式反应器在600 ℃～900 ℃考察了煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3的生成规律。实验结果表明，在显微组分热解过程中HCN主要是挥发分二次裂解的产物。在镜质组热解过程中，煤的变质程度越高，HCN的生成率越低，热解温度越高，HCN的生成率越高；同一种煤三种有机显微组分热解过程中，HCN的生成不仅与显微组分挥发分的质量分数有关，而且与显微组分中氮的存在形态有关，在较低温度热解时吡咯型氮质量分数高的煤样HCN的生成率较高。显微组分热解过程中NH3来自于挥发分的二次热裂解，与焦的热裂解有关，随煤变质程度增高，镜质组热解过程中NH3的收率降低；对同一种煤三种煤岩有机显微组分，由于其黏结性不同，含氮官能团和氢自由基的接触几率不同，生成NH3的能力也不同，惰质组的NH3生成率最高，壳质组最低；温度对NH3的生成也有影响，800 ℃NH3的生成率最高，惰质组NH3的生成率为11.8%，壳质组NH3的生成率为5.2%。     

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。     

Effect of the increase in temperature on the evolution of the physical and chemical structure of vitrinite

The effect of the progressive increase in temperature (off-line pyrolysis in an open-medium system) on a monomaceralic coal (low rank and pure vitrinite) has been studied on the basis of changes in its chemical and physical structure. The properties of the solid residues and liquid effluents obtained were studied using a wide range of petrographic and geochemical techniques. Results support the validity of this pyrolysis method for following the physico–chemical processes that occur in vitrinite of bituminous coal rank. Of special interest is the information concerning the control of the structure on the vitrinite reflectance parameter in the bituminization stage. The evolution of properties and changes occurring at this stage show that the increase in vitrinite reflectance is strongly related and depends on changes in the chemical structure of this maceral during heating rather than on changes in elemental composition. However, any relationship between reflectance and chemical properties needs to be established empirically. The mechanism during heating consists of a complex mixture of depolymerization and condensation reactions with the progressive homogenisation of the botanical structure of the vitrinite. Moreover, pyrolysis conditions lead to a rapid and massive expulsion of the thermally generated products, causing a significant decrease in the H/C atomic ratio and higher thermostability of the solid residues. The enhancement of cross-linking with the formation of C–O–C bridges, which have high activation energy also contributes to an increase in thermal stability. Results obtained from the production and expulsion of oil suggest that this method is suitable for providing an estimation of the amount of hydrocarbons that might be produced and migrate from coals of similar rank. This is of special interest for coals with significant petroligenous potential or for coals that are gas-prone, depending on their composition and rank.     

FT-IR和SEM用于煤阶对煤催化加氢气化影响的研究

基于加压固定床反应器研究了不同煤阶的煤催化加氢气化效果,对比了煤阶对催化剂添加量、甲烷释放速率以及产品气组成的影响。原煤及气化残渣采用FT-IR和SEM进行表征分析。研究结果表明,不添加催化剂情况下,随着煤阶的升高原煤气化反应性降低,低阶煤的甲烷释放分为两个阶段;加入催化剂之后,3种煤中以神府烟煤的反应性最好,遵义无烟煤和云南褐煤反应性较差。SEM和FT-IR表征结果表明,高阶煤颗粒表面更加光滑、煤结构致密,而煤中的脂肪族结构以及芳香结构振动峰强度随煤阶的降低而升高,催化剂的加入使得脂肪结构吸收峰明显加强。这些差异导致不同煤样催化加氢气化反应活性不同。     

煤及煤焦微观结构特征与气化反应性

研究了不同煤化度煤及煤焦的微观结构及其对气化反应性的影响。结果表明,褐煤焦具有丰富的分支孔系统和较大的比表面积,并含有较多对气化有催化作用的可交换阳离子。无烟煤焦分支孔贫乏,比表面积很小。煤焦的总孔容、比表面积和芳核大小之间有很好的对应关系。不同煤化度煤焦气化反应性差异很大,脱矿物质后煤焦反应性差异显著减小,但是脱矿物质前后煤焦的反应性随煤化程度的变化趋势相似。     

无烟煤结构的高分辨电镜研究

镜质组不仅是煤结构变化最具规律性，也是影响煤质的主要微成分。用点分辨率为２．１Ａ的高分辨电镜对几种不同煤化程度的无烟煤大分子结构进行了研究。结果表明：电镜图像直接表征了无烟煤分子的非均匀性孔隙结构。京西煤分子方向化程度强，主要以芳层平行堆或有序化前结构为主；晋城煤方向化程度弱，主要以粒状嵌晶结构为主。高分辨电镜技术是研究煤分子结构和煤化作用实质的有效方法。     

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。