煤颗粒燃烧的孔隙特性研究

以实验为基础,系统研究了典型煤种燃烧时的颗粒孔隙过程。采用低温吸附法和电子显微图像计算机法测量了煤燃烧过程中的颗粒孔隙,获得了颗粒孔径分布和孔形分布等孔隙特性,建立了煤颗粒燃烧的微孔效应和亚微孔效应理论。     

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。     

煤颗粒脱挥发分的数学模拟研究

煤颗粒脱挥发分的数学模拟研究王国金，李术元，王剑秋，钱家麟，朱亚杰（石油大学化工系，北京１０００８３）关键词煤脱挥发分，煤热解，模拟煤脱挥发分过程是煤的焦化、气化和燃烧等工艺中的基础步骤，开发煤颗粒脱挥发分的数学模型对于煤加工工艺操作参数的制定、生产...     

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。     

不同煤燃烧过程颗粒汞生成特性的实验研究

在高温管式电加热炉上进行了三种煤单独燃烧,三种煤添加1%、3%、5%溴化钙与醋酸钙燃烧,以及一种煤添加Fe₂O₃燃烧实验,燃烧温度为1 250℃。收集了各燃烧过程的飞灰,对收集的飞灰进行了Hg含量测定,并对飞灰进行了比表面积、EDS与XRD表征。实验与分析结果表明,三种煤燃烧后Hg_p的生成特性显著不同;三号煤灰的比表面积最大但飞灰颗粒Hg含量及Hg_p比率均很低;在添加CaBr₂后,三种煤飞灰颗粒Hg含量及Hg_p比率均显著增加;在三种煤中添加醋酸钙,及在三号煤中添加Fe₂O₃后,Hg_p含量与比率有所增加,但增加幅度较小。     

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。     

煤中氮热解析出转化的颗粒模型研究

采用数值模型，研究了煤热解、燃烧过程中挥发分氮的析出、中间含氮产物HCN的生成以及转变为NO的过程。应用有限体积法对质量、化学组分、动量和热量守恒方程进行离散求解，并与试验结果进行了比较。研究结果揭示了炉膛温度、颗粒直径以及氧浓度等参数对煤中挥发分氮的析出和进一步转化为NO过程的影响。     

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。     

煤焦外表面分形维数在燃烧过程中的变化

煤燃烧的化学反应及其物质输运过程均具有非线性动力特征，燃烧过程是孔洞分形体的变化过程，其外表面结构的变化部分的反映出颗粒内部孔结构的变化过程，本文利用分形理论及其相关的图像处理方法对不同煤种，不同燃烧阶段煤焦外表面结构的SEM图像进行研究，研究结果表明，XIE法较适合计算煤焦表面分形维数，在燃烧过程中煤焦的外表面分形数呈现两种变化趋势，通过最小二乘法多项式拟合确定煤焦外表面分形维数与燃尽率之间的关系式，并得到不同煤种的方程参数。     

燃烧过程中煤粉颗粒的变化情况的研究

采用扫描电镜、电子探针图象分析、热分析、以及岩相显微镜等测试手段,研究一系列不同燃烧阶段的煤固体颗粒试样的显微结构,了解颗粒中孔洞的位置、大小、以及形状对气固反应燃烧速率和燃尽程度的影响,以便为燃烧过程计算机数值模拟提供可靠的物理模型。准确采集在燃烧过程中各个不同燃烧阶段的真正有代表性的试样是极为重要的一步。不同的煤种的结构和性质有极大的差异,因而根据不同的煤种采用了两种不同的取样方法。     

Modeling and experimental studies on combustion characteristics of porous coal char: Volume reaction model

A generalized single‐particle model for the prediction of combustion dynamics of a porous coal char in a fluidized bed is analyzed in the present work using a volume reaction model (VRM). A fully transient nonisothermal model involving both heterogeneous and homogeneous chemical reactions, multicomponent mass transfer, heat transfer with intraparticle resistances, as well as char structure evolution is developed. The model takes into account convection and diffusion inside the particle pores, as well as in the boundary layer. By addressing the Stefan flow originated due to nonequimolar mass transfer and chemical reactions, this work enables a more realistic analysis of the combustion process. The model, characterized by a set of partial differential equations coupled with nonlinear boundary conditions, is solved numerically using the implicit finite volume method (FVM) with a FORTRAN code developed in‐house. The use of a FVM for solving such an elaborate char combustion model, based on the VRM, was not reported earlier. Experiments consisting of fluidized‐bed combustion of a single char particle were carried out to determine the internal surface area of a partially burned char particle and to enable model validation. Predicted results are found to compare well with the reported experimental results for porous coal char combustion. The effects of various parameters (i.e., bulk temperature and initial particle radius) are examined on the dynamics of combustion of coal char. The phenomena of ignition and extinction are also investigated. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J Chem Kinet 42: 299–315, 2010     

Analysis of the combustion reaction of carbon and lignite char with ignition and extinction phenomena: Shrinking sphere model

Single‐particle combustion of carbon and lignite char is analyzed in the present work using a generalized shrinking sphere model. Finite volume method (FVM), which was earlier employed by the authors in solving such moving boundary problems involving single particle analysis of general fluid–solid noncatalytic reactions, has been used in this work to solve the transient mass and energy balance equations. The computed results are compared with published experimental data of fluidized‐bed combustion of lignite char. The effects of various parameters like bulk temperature, initial particle temperature, initial particle radius, etc. are examined on the dynamics of combustion of carbon and lignite char. The phenomena of ignition and extinction are also investigated. The importance of nonequimolar diffusion in the combustion reaction has also been analyzed. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Int J Chem Kinet 39: 307–319, 2007     

Analysis of the dynamics of coal char combustion with ignition and extinction phenomena: Shrinking core model

Single‐particle combustion of coal char is analyzed using a generalized shrinking core model. Finite volume method, which was earlier employed by the authors in solving moving boundary problems involving fluid–solid noncatalytic reactions in general, is used to solve fully transient mass and energy equations. The model takes into account convection and diffusion inside the particle as well as in the boundary layer. The computed results are compared with the experimental data of the authors for combustion of coal char in a fluidized bed combustor. The effects of parameters such as bulk temperature and initial particle radius on the combustion dynamics are examined. The phenomena of ignition and extinction are also investigated. Finally, the importance of Stefan flow, originating due to nonequimolar counterdiffusion, on combustion of coal char is analyzed. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Int J Chem Kinet 40: 569–582, 2008     

油泥焦流化床燃烧NO_x释放特性及控制

为无害化处理油泥焦,采用小型流化床反应器,研究了不同温度、不同颗粒粒径下油泥焦的燃烧氮氧化物释放特性,并借助空气分级燃烧技术降低NO_x排放。SEM电镜和物理吸附结果表明,油泥焦颗粒表面结构致密、孔道稀疏,不利于其内部有机质充分燃烧。燃烧实验结果表明,油泥焦燃烧产生的NO_x主要来源于焦炭氮,来自挥发性氮的较少。适当降低燃烧温度、减小颗粒粒径既能保证油泥焦充分燃烧,又能抑制氮氧化物排放。实施空气分级燃烧时,通过优化过量空气系数、二次风比例和二次风入口位置,能够获得显著的NO_x减排效果,同时可以有效抑制飞灰产生,有助于烟气终极处理。     

O2/CO2气氛下煤焦燃烧实验研究

在热重分析仪上进行了不同气氛下徐州烟煤及其煤焦的燃烧实验,分析了O₂浓度、CO₂浓度和颗粒粒径等参数对其燃烧特性的影响;并对其进行了燃烧动力学分析。结果表明,气氛对煤和煤焦开始脱挥发分的时间影响不明显,但对其燃烧速率和燃尽时间影响很大;高浓度CO₂使煤焦的燃尽时间延长。气氛没有改变煤焦的燃烧反应动力学机理。O₂浓度提高、CO₂浓度降低和煤粉细化均可改善燃料的燃烧特性,但对煤焦的改善程度比对烟煤的小。扫描电镜（SEM）结果显示,同等O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛煤灰表面孔隙结构更丰富。     

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。     

Effects of retorting factors on combustion properties of shale char

For obtaining high shale oil yield as well as treating shale char efficiently and in an environmentally friendly way in a new comprehensive utilization system of oil shale, a series of fundamental experiments have been conducted for exploring the effects of retorting factors on shale oil yield and shale char characteristics. Based on these previous studies, in this article, combustion experiments of shale chars obtained under various retorting conditions were performed with a Q5000IR thermogravimetric analyzer and a Leitz II-A heatable stage microscope and the effects of retorting factors were discussed on the combustion characteristics of shale char. Among four studied retorting parameters, retorting temperature and residence time exert very significant influence on the combustion characteristics of shale char. Either elevating the retorting temperature from 430 to 520 °C or lengthening the residence time at a low retorting temperature will largely decrease residual organic matters within shale char, resulting in decreasing mass loss in the low-temperature stage of combustion process of shale char, an elevation of ignition temperature and a shift of ignition mechanism from homogeneous to heterogeneous. One set of retorting condition was also recommended as a reference for designing the comprehensive utilization system of oil shale studied in this work: retort temperature of 460–490 °C, residence time of 20–40 min, particle size of <3 mm, and low heating rate of <10 °C/min.     

催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展

催化燃烧是目前最有效的处理挥发性有机物(VOCs)技术之一. 本文从催化剂活性组分、催化剂载体、有效组分颗粒大小、水蒸汽的影响及催化燃烧反应中的积碳等几个方面, 对近年来催化燃烧处理VOCs的研究进行了总结. 分析表明: 贵金属催化剂的研究主要着重于选择有效的载体和双组分贵金属催化剂; 非贵金属催化剂的研究主要集中在高活性的过渡金属复合氧化物、钙钛矿和尖晶石型等催化剂的研制, 还有这些活性组分粒径大小及载体对催化燃烧VOCs反应活性的影响;此外, 在实际应用中,水蒸汽和催化剂积碳失活等问题对催化燃烧VOCs的反应也有很大影响. 本文的评述将为选择合适的催化燃烧技术处理VOCs污染物提供一定参考.     

催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展

催化燃烧是目前最有效的处理挥发性有机物(VOCs)技术之一. 本文从催化剂活性组分、催化剂载体、有效组分颗粒大小、水蒸汽的影响及催化燃烧反应中的积碳等几个方面, 对近年来催化燃烧处理VOCs的研究进行了总结. 分析表明: 贵金属催化剂的研究主要着重于选择有效的载体和双组分贵金属催化剂; 非贵金属催化剂的研究主要集中在高活性的过渡金属复合氧化物、钙钛矿和尖晶石型等催化剂的研制, 还有这些活性组分粒径大小及载体对催化燃烧VOCs反应活性的影响;此外, 在实际应用中,水蒸汽和催化剂积碳失活等问题对催化燃烧VOCs的反应也有很大影响. 本文的评述将为选择合适的催化燃烧技术处理VOCs污染物提供一定参考.     

催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展

催化燃烧是目前最有效的处理挥发性有机物(VOCs)技术之一. 本文从催化剂活性组分、催化剂载体、有效组分颗粒大小、水蒸汽的影响及催化燃烧反应中的积碳等几个方面, 对近年来催化燃烧处理VOCs的研究进行了总结. 分析表明: 贵金属催化剂的研究主要着重于选择有效的载体和双组分贵金属催化剂; 非贵金属催化剂的研究主要集中在高活性的过渡金属复合氧化物、钙钛矿和尖晶石型等催化剂的研制, 还有这些活性组分粒径大小及载体对催化燃烧VOCs反应活性的影响;此外, 在实际应用中,水蒸汽和催化剂积碳失活等问题对催化燃烧VOCs的反应也有很大影响. 本文的评述将为选择合适的催化燃烧技术处理VOCs污染物提供一定参考.