钾对秸秆混煤燃烧特性影响的研究

选用经酸洗法脱灰的煤和秸秆制得实验样品。采用TG/DTG/DTA技术研究了不同秸秆含量下碱金属钾对秸秆与煤混合燃烧特性的影响。研究结果表明,KOH促进脱灰煤和脱灰混合样品的着火燃烧,使其最大燃烧速率温度及燃尽温度降低,但提高了脱灰秸秆的着火温度。秸秆混煤燃烧反应符合一级反应模型,KOH的添加对混煤燃烧具有催化作用,使混合燃烧反应活化能降低10kJ/mol。     

煤中矿物质对NO—半焦还原反应的影响

选用四种不同煤阶的煤,经过HCl/HF脱灰处理制得四种脱灰煤,950度下热解制得原煤半焦和脱灰煤半焦,在石英固定床的以应器上于常压条件下400度－900度的温度范围内考察比较了原煤半焦和脱灰煤半焦半焦还原NO的反应性,研究了煤中矿物质 对NO－半焦还原反 的机理和反就动力学的影响,结果发现,煤中的矿物质一般对NO－半焦反应具有一定的催化作用,催化作用的大小与矿物质的含量和组成有关,钠,铁和钙等是矿物质中活性分,对NO－半焦反应具有催化作用,半焦还原NO的反应存在明显的双温区现象,低温反应机理与高温反应机理不同,活化能有明显差异。     

燃烧放热对准东煤成灰过程中钠盐释放的影响

选取典型的准东煤五彩湾煤为研究对象,在马弗炉内制备400-1200℃的燃烧灰和再热灰,采用K型热电偶测量燃烧过程中样品表面温度,通过XRF、XRD分析获得灰的成分和结晶形式,取部分灰样逐级萃取,通过微波消解及电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),获得灰中钠的赋存特性。结果表明,燃烧和再热灰在成分和晶体形式上差异显著,再热灰钠含量明显高于燃烧灰且灰熔点偏低;随着温度升高灰中钠盐总量明显减少,其中,水溶钠、醋酸铵溶钠迅速减少,而盐酸溶钠含量先增加后减少,不可溶钠增加,释放的钠以可溶钠为主;加热温度和时间影响钠的释放,燃烧反应放热导致煤粉表面温度超过环境温度200℃以上,是钠盐过多释放的主要原因。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃,研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明,燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时,随着温度升高,水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相,使得K的释放速率较快;而当温度在750-850℃时,水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中,使得K的释放速率变得缓慢;当温度高于850℃时,随着温度升高,盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现,灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在,K_2SO_4的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响,原料中K的含量越高,且S/Cl比值越大,越会促进K_2SO_4的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用,煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐,从而导致更多K留在灰烬中。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃，研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明，燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时，随着温度升高，水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相，使得K的释放速率较快；而当温度在750-850℃时，水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中，使得K的释放速率变得缓慢；当温度高于850℃时，随着温度升高，盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现，灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在，K₂SO₄的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响，原料中K的含量越高，且S/Cl比值越大，越会促进K₂SO₄的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用，煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐，从而导致更多K留在灰烬中。     

高纯碳的研究 Ⅱ.煤和石墨的深度脱灰

考察了煤和石墨中矿物质组分在含氟酸脱灰过程中的变化情况，以及不同酸和不同脱灰方式对矿物质组分的脱除效果。由此，探讨了煤和石墨中矿物质的 组成和含量对含氟酸脱灰制取高纯碳效果的影响。有明，HF酸对高硅低钙含量的煤和石墨有显著的脱灰交果；而H2Si F5酸对低硅高钙含量的煤脱灰效果较好，但对石墨效果较差。本文还进一步讨论了含氟 酸脱灰过程的机理。     

配煤和助熔剂降低煤灰熔融温度的矿物学特性研究

主要研究添加助熔剂或配煤降低晋城无烟煤的灰熔融温度。通过X射线衍射(XRD)、热力学计算以及灰熔点测试等手段,研究混煤灰熔融特性及其在变形温度时的矿物学特征,解析其结渣特点。结果表明,原煤灰含量越低,混煤灰熔点降低效果越明显。在配煤添加量为20%时,低灰煤C灰熔点降低趋势最明显,对于高灰煤G,则为30%;助熔剂K对C的灰熔点降低效果比对G的更明显。在混煤灰的变形温度处,出现了长石类矿物质。长石类矿物含量的上升和莫来石含量的下降促使灰熔点快速降低。热力学计算表明,高温下,煤灰中液相物质的产生伴随着钙长石和石英含量的快速下降以及莫来石含量的缓慢降低。钙长石参与了煤灰中液相物质的产生。能够与钙长石作用形成低熔点共熔体的物质的含量决定了它的助熔效果。     

含铁煤热解过程中HCN形成的主要影响因素

煤中矿物质和外加含铁化合物对氮氧化物主要前驱体之一HCN在热解过程中的释放具有重要的作用。使用固定床反应器进行了程序升温过程中Ar气氛下的神东、平朔和常村原煤以及相应的脱灰煤、浸渍法加铁煤和沉淀法加铁煤的热解实验，重点研究了HCN释放的影响因素。实验结果表明，煤中的矿物质和外加铁对HCN释放的作用较大程度上取决于煤的变质程度，变质程度越低的煤影响越明显；矿物质和含铁化合物的作用主要出现在升温时挥发分释放的过程，并且因添加方式不同以及煤种不同而对HCN的形成与释放具有不同的作用规律；沉淀法添加的铁在变质程度较低的煤中分散效果较好，对HCN生成量的减少作用明显。同时热解反应温度、煤样粒度和恒温阶段停留时间的长短对HCN释放也有影响。     

再燃煤粉的NO还原特性研究

实验研究了原煤、煤焦以及煤在不同气氛下受热得到的气体产物对NO的还原特性。结果表明，原煤的NO还原能力不仅与其挥发分含量有关，还与煤中的矿物质有关；制焦气氛中的O2能改变煤焦对NO的还原能力，其改变与煤种有关。高挥发分煤所释放的挥发性产物对NO的还原率也高， 但Tongchuan(TC)煤除外。TC煤的挥发分含量不高，但由TC煤得到的挥发物对NO的还原率与高挥发分的Sanxie(SX)和Shenmu(SM)煤释放的挥发物相当。煤在N2环境下所释放的气体产物对NO的还原能力比CO2气氛下释放的气体产物对NO的还原能力强，但TC煤除外。同样，制气气氛中的氧对燃煤挥发物的NO还原能力的影响也很大，这种影响与煤种有关。     

准东煤燃烧碱金属析出气、固相分布特性

采用萃取法测量了准东煤中不同赋存形式碱金属(Na、K)的含量,Na以水溶性为主,占59%,K主要以不可溶的硅铝酸盐存在,占总量的53%。进行准东煤燃烧实验,燃烧温度为400-950℃,研究了高碱准东煤燃烧过程中碱金属在气、固两相中的分布。结果表明,随温度升高,煤粉成灰率降低,Na从煤中不断析出进入气相;而K在400℃时,气相中的含量低于固相,温度高于500℃,气相中的含量超过固相并基本保持不变;碱金属在固相中出现富集现象,灰中碱金属的质量分数随温度升高;气相中的Na主要来源于水溶性,析出的K除了可溶性外,还有部分来自不可溶的硅铝酸盐;根据国标灰的XRD分析,煤中碱金属在燃烧过程中会与SiO_2和Al_2O_3反应生成钠长石和霞石等低熔点化合物。     

CO_2气氛对煤热解过程中硫逸出的影响

采用热解-质谱(Py-MS)与热解-气相色谱(Py-GC)相结合的方法对平朔(PS)和义马(YM)原煤、脱灰煤及其脱黄铁矿煤进行了热解实验,考察了CO_2气氛对煤热解过程中硫逸出行为的影响。并采用质谱在线分析H_2S、COS和SO_2的逸出曲线,利用气相色谱分析H_2S、COS和SO_2在气相中的逸出量。结果表明,CO_2气氛有利于H_2S、COS和SO_2进入气相,且逸出量增加,而COS增加幅度更大。同时,CO_2气氛有利于H_2S和SO_2最大逸出峰温提前。另外,CO_2气氛对原煤的H_2S、COS和SO_2逸出温度影响较大,但对脱灰煤的影响较小。在较高的温度下,CO_2有利于煤中稳定有机硫的分解。这进一步验证了在较高温度下COS形成与CO相关,而在较低温度下与CO无关。     

Effect of deashing on physico-chemical properties of wheat and rice straw biochars and potential sorption of pyrazosulfuron-ethyl

Wheat (WBC) and rice straw biochars (RBC) prepared at 400 and 600 °C and their deashed counterparts were characterized for their physico-chemical properties using CHN analysis, Brunauer–Emmett–Teller (BET), X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), ¹³C-nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FT-IR) techniques. Pyrazosulfuron-ethyl sorption data on normal and deashed biochars could be well fitted to the Freundlich model. The characteristics of biochars and their adsorption capacities for pyrazosulfuron-ethyl were affected by the pyrolysis temperature and nature of feedstock. Rice biochars had higher sorption capacities than the wheat biochars. Deashing of biochars further enhanced their herbicide adsorption potential by a factor of 2–3. Sorption of herbicide on both normal and deashed biochars was concentration dependent (1/n < 1) and decreased with increase in the herbicide concentration in solution, indicating a saturation of sorption sites. The non-linearity of the isotherms increased with increasing pyrolysis temperature and deashing. Furthermore, adsorption of pyrazosulfuron-ethyl was affected by the pH, surface area and pore volume of biochars. Results of this study suggested that the mineral fraction of biochars significantly affected pyrazosulfuron-ethyl sorption.     

分解炉内CO2浓度对煤焦燃烧NO释放的影响

利用高温气固悬浮实验台对水泥行业中两种典型煤焦在不同CO₂浓度下燃烧时NO的释放特性进行了实验研究,考察了不同CO₂浓度气氛下,温度变化和添加生料对煤焦炭氮向NO转化的影响。研究结果表明,随着气氛中CO₂浓度的升高,煤焦燃烧时NO的释放速率减小,体积浓度的峰值降低,焦炭氮转化为NO的转化率下降。水泥生料对焦炭氮向NO的转化具有正催化作用;温度升高也会促进焦炭氮向NO的转化。但随着气氛中CO₂浓度的升高,升高温度和添加生料对焦炭氮向NO转化的促进作用相对减弱。     

水稻秸秆与PVC塑料共气化过程中钾、钠、氯的迁移行为

采用固定床反应器,结合X射线衍射(XRD)表征和热力学计算研究了水稻秸秆与PVC塑料共气化过程中钾钠氯的迁移和状态变化。结果表明,混合物中氯的释放率与反应温度和PVC塑料的量(氯含量)有关。当反应温度为800~900℃时,PVC的量对混合物中氯元素释放率的影响最为显著;气化温度达900℃时,含PVC 20%(氯含量为11.5%)的水稻秸秆混合物中,氯元素的释放率较纯水稻上升了16.5%。与此同时,氯含量的增加也促进了钾钠在气相中的释放。气化温度为850℃时,当混合物中PVC比例大于20%(氯含量大于11.5%)时,氯对钾钠的气相析出有一定抑制作用;钾钠以KCl和NaCl的形式滞留在固相中,其含量随着混合物中PVC量的升高而降低。     

生物质热解过程中NO、NH3和HCN的释放特性

在氩气气氛下,利用固定床反应器对稻草（DC）、麦杆（MG）和锯末（JM）三种生物质进行热解实验,采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）在线检测热解气体产物中的含氮组分,分析各种气相含氮组分的释放规律。实验结果表明,由于锯末中木质素含量较高,锯末热解开始快速释放NO、NH₃和HCN的温度明显高于稻草和麦杆。稻草热解过程中生成的NH₃、HCN和NO量最大。低温下NH₃的生成至少部分与生物质中氨基结构的分解有关,HCN的生成温度较高。不同生物质热解过程中NO、NH₃和HCN释放特性的差异,是由生物质大分子结构不同、灰分含量及成分不同、N含量不同等决定的,以及氮在生物焦、焦油和气相间的分配差异造成的。     

热解温度对生物质焦理化特性的影响

利用SEM、BET及TGA对在873、1 073和1 273 K下制得的麦秆焦的理化特性进行分析,进行了用制得的麦秆焦还原NO的实验,同时考虑了焦样及NO初始浓度对该反应的影响,得出了热解温度对麦秆焦的各种物理化学特性及其与NO反应活性的影响。结果表明,1 073 K焦样的孔隙特征最为发达,燃烧活性最高,并对应最高的NO还原效率。焦作用下NO的还原率随着焦样浓度的增大线性升高,而随着初始NO浓度的增大呈幂函数的规律下降。不同热解温度下麦秆焦样与NO的反应均在1 173 K附近存在动力学控制和扩散控制的转折温度;在动力学控制的反应温度范围内,热解温度对麦秆焦与NO反应活化能的影响不大(89.78~95.41 kJ/mol),其中,NO浓度项和焦浓度项的反应级数分别为0.89和1.00。     

TG–MS analysis of thermal behavior and gaseous emissions during co-combustion of straw with municipal sewage sludge

The thermal behavior and gas product distribution during combustion of straw (wheat straw, corn stalks, and cotton stalks), municipal sewage sludge (MSS), and their blends were investigated by thermogravimetry–mass spectroscopy. The experiments were conducted with various blending ratios and temperatures ranging from 323 to 1,173 K. Addition of MSS decreased the combustion performance of the straw. The reactions between wheat straw and corn stalks with MSS proceeded more easily than that of cotton stalks. Significant interactions were observed between the straw and MSS at the char combustion stage. Gaseous species (CO₂, SO₂, NH₃, HCN, and NO) were mainly produced at temperatures of 523–873 K at which most of the mass loss occurred. Higher MSS proportions in the blends resulted in lower emissions peaks for CO₂, NH₃, HCN, and NO except for SO₂. To ensure combustion performance and mitigate problematic gaseous emissions, the proportion of MSS added to the blends should be <30 mass%.     

Effect of mineral matter on the formation of NOX precursors during biomass pyrolysis

Formation of NO_X precursors during pyrolysis of three typical kinds of biomass (wheat straw, rice straw and corn cob) was studied using a thermogravimetric analyzer (TGA) coupled with a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer in argon atmosphere. Two pretreatment methods, including deionized water washing and acid washing were utilized to investigate the effect of included minerals on the distribution of nitrogen containing species during wheat straw pyrolysis. KOH and CaO were loaded onto the demineralized (dem) wheat straw to study the effect of excluded minerals on nitrogen release. The residues of the samples after pyrolysis were characterized by X-ray diffraction (XRD) analysis. The results show that different kinds of biomass have distinctive formation characteristics of N-containing species. HCN and HNCO are the main N-containing species for rice straw, while NH₃ and HCN are the main N-containing species for wheat straw and corn cob.The existence of minerals influences the formation of N-containing species during biomass pyrolysis. Both the included potassium and excluded potassium promote N-conversion to NH₃, HCN, NO and HNCO at lower temperature, but decrease the total yields of N-containing species. The included calcium decreases N-conversion to HCN, NH₃ and HNCO at lower temperature (<about 330 °C), while favors the total yields of N-containing species. However, the presence of added calcium restrains N-conversion to HCN, NH₃, NO and HNCO.     

硝酸钙对内蒙古褐煤热解和气化特性的影响

在小型固定床反应装置上开展了内蒙古褐煤原煤(RC)和脱灰煤(DC)以及分别负载钙盐的煤样的热解实验,并对热解所得焦样开展了焦样与水蒸气气化反应的实验研究。结果表明,硝酸钙的添加对煤的热解和气化阶段均有影响。在热解阶段,硝酸钙的存在能显著改变主要气相产物H₂、CO₂和CO等组分的逸出规律和累积生成量;在气化阶段,作为催化剂的碱土金属,降低了焦样的气化反应活化能,更有利于气化反应的进行。