基于光谱诊断的烃类火焰碳烟形成机理研究综述

碳烟主要是烃类燃料不完全燃烧生成的产物,其对人类健康、空气质量以及燃烧装置的使用寿命都会产生有害影响。碳烟生成是一个复杂的物理化学过程,控制碳烟排放,需要克服碳烟生成和燃烧过程中物理和化学演化的巨大差异,这些差异表现为对碳烟纳观结构和表面官能团随碳烟氧化活性反应变化的深入探索研究。近些年,研究人员对碳烟的生成机理开展了系列研究,对碳烟生成各个物理化学反应阶段有了一定认识。结合光谱诊断技术可深入了解燃烧系统碳烟形成过程,确定碳烟颗粒分子组成、精细结构、浓度分布等特征,也可从碳烟结构变化、黑体辐射强度等方面详细了解碳烟形成过程。该文旨在阐述光谱诊断技术对烃类火焰碳烟表征的研究进展和发展趋势,探讨LIBS, LII和LIF等作为诊断工具在包含背景辐射的火焰中检测碳烟生成过程产生辐射强度准确性等问题。主要介绍了烃类火焰碳烟的形成机理(从前驱体产生、生长到颗粒生成、凝聚,最后进行颗粒氧化)。总结了探测碳烟性质光谱诊断方法的应用以及光谱诊断技术对燃烧过程中碳烟表征的研究现状,包括对碳烟体积分数、温度和基于图像处理的碳烟结构表征,反应碳烟前驱体(多环芳烃)、反应气氛、温度等对碳烟颗粒物生成的影响。最...     

典型城市生活垃圾一次性竹筷子水热炭结构与气化反应特性关联机制研究

本研究以MSW的典型成分一次性竹筷子(DBC)为原料,研究水热炭化(HTC)条件对DBC水热炭结构性质与气化反应特性的影响规律。结果表明,HTC提高了DBC的能量品质,水热处理后DBC-230-60的高位热值(HHV)是DBC的1.62倍,H/C和O/C从DBC的1.57和0.76下降到DBC-230-60的1.00和0.33。表征发现,水热炭和水热炭半焦的芳构化程度比DBC原样更高,水热炭的比表面积低于DBC原样,但水热炭半焦的比表面积却高于DBC原样半焦。相比于水热时间,水热温度对水热炭结构和气化反应性的影响更加显著。更高的水热温度增大了水热炭的芳构化程度,降低了水热炭的气化反应性。水热炭的气化反应性比DBC原样更差,主要是因为水热炭半焦芳构化程度增大对气化反应性的消极作用大于孔隙结构丰富的促进作用。     

气流床撞击流水煤浆气化火焰光谱辐射特性实验研究

火焰光谱检测技术应用于气化炉有效监控,能实时反映气化炉工况,保障气化炉稳定运行。采用实验室规模的气流床撞击水煤浆气化装置,利用光纤光谱仪通过对气化炉不同部位进行探测,研究了水煤浆气化火焰在距离撞击平面不同轴向位置L处的光谱辐射特性,并利用不同自由基强度及分布对气化炉内各反应区进行表征,为气化炉运行工况提供依据。结果表明:在300~800 nm范围内可检测到明显的OH(306.7和309.8 nm),H 2(382 nm),CH(314.5和387 nm),Na(589 nm),Ar(671 nm)和K(404,768和770 nm)特征峰,而各种粒子激发方式及分布方式不同,可用于实现火焰宏观特征的表征。从紫外至可见光区域。水煤浆气化火焰中存在强烈的背景辐射,主要包括颗粒在高温下产生的黑体辐射及CO 2受热激发产生的350~600 nm的连续旋转辐射,强烈的背景辐射对自由基强度辐射测定形成干扰,需通过计算扣除背景辐射。利用检测到的各自由基强度分布可对气化火焰进行表征,OH分布可表征火焰反应区域,而CH存在范围相对较窄,仅存在于-10 cm相似文献   

气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布关系研究

气化过程中,不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异,导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性,通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此,本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料,通过烘干、破碎、筛分处理,获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品,分别称为小、中、大粒级样品,借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明,不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异,三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%,均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中,中粒级气化细渣气化程度最小,残炭含量最高,达19%,石墨化程度最低,仅为30%,比表面积最大,达87.8 m2/g,在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优,大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然,气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣,气化程度较低的煤粉更易形成中粒级...     

宁东煤灰层/熔渣界面煤焦气化反应特性原位研究

以典型宁东煤-羊场湾煤为气化原料,采用热重分析仪和高温热台显微镜原位研究了1100、1200、1300℃下煤焦颗粒及其在灰层界面和熔渣界面的气化反应。结果表明,不同气化温度下灰层界面和熔渣界面的形态变化是影响煤焦颗粒气化反应性的主要因素。气化温度为1100℃,灰层在高温下收缩并包裹在煤焦颗粒表面,阻碍气化剂与煤焦颗粒的接触,使煤焦颗粒气化反应速率降低,而熔渣界面未发生明显变化,其界面处煤焦气化反应速率不变。气化温度为1300℃,灰层界面与熔渣界面均转变为液态,在表面张力作用下煤焦颗粒破碎,有效反应面积变大,传热速率增大,进而提高了煤焦的气化反应速率。     

宁东煤煤焦-CO2气化反应特性的原位研究

以典型宁东煤-梅花井烟煤和羊场湾烟煤焦为气化样品,并与典型气化用煤-神府烟煤焦对比,采用热重分析仪及高温热台-光学显微镜联用系统原位研究煤焦气化反应活性,并结合焦样理化结构特性的系统表征对其进行关联解释。结果表明,在相同气化温度下,三种煤焦的气化反应活性大小顺序为：羊场湾烟煤焦 > 梅花井烟煤焦 > 神府烟煤焦。由高温热台实验原位研究可知,随着煤焦-CO₂反应的进行,大部分煤焦颗粒反应形式以颗粒收缩进行,到达反应中后期,反应由颗粒收缩转变为缩芯形式,并通过投射面积收缩率可发现,相同反应时间下,羊场湾烟煤焦的投射面积收缩率最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。气化反应活性的差异主要归因于不同煤焦理化性质间的差异：羊场湾烟煤焦的比表面积、炭结构无序化程度和K、Na、Ca总含量最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。