不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化

利用TG/DTA 6300的热重分析仪对胜利褐煤(SL)、神华烟煤(SH)与塔旺陶勒盖无烟煤(TT)三种不同变质程度的原煤进行空气气氛下燃烧反应;通过FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析了三种煤样及不同终温下固定床热解半焦的官能团组成;运用数学高斯函数对FTIR曲线重叠吸收峰进行分峰拟合,利用拟合峰面积计算FTIR的芳香度指数(R)、芳香结构稠合指数(D)及有机成熟度指数(C)结构参数。结果表明： SL,SH与TT煤着火温度分别为299.3,408.2及441.0℃;最大失重速率峰温度分别为348.6,480.5及507.0 ℃,即随煤样变质程度的不同,着火点和最大失重速率温度都不同程度提高。煤中官能团结构较复杂,不同变质程度的煤样的红外光谱曲线中均可以观察到羟基(—OH);脂肪烃(—CH₂,—CH₃);芳环(CC); 含氧官能团(CO, C—O)等主要官能团的振动吸收峰。随着热解炼焦温度的升高,三种煤样中脂肪烃类(—CH₂—,—CH₃)红外振动吸收峰均逐渐减小;炼焦后CO在1 700 cm-1伸缩振动峰在炼焦温度到达550 ℃时基本消失;SL原煤样在1 000～1 800 cm-1 含氧官能团吸收峰区域红外曲线更为复杂,随炼焦温度升高较之其他煤样变化最为显著;而SH及TT煤芳环CC吸收峰在温变过程中峰位及峰强度均无显著变化。通过R,D及C值随热解终温的变化曲线,三种变质程度煤在热解反应过程中主体官能团变化趋势存在差异。     

颗粒度对不同煤种可见光-近红外光谱的影响

煤炭是我国最主要的能源,在开采、运输、洗选加工、精煤储运等过程中都需要及时了解煤的成分、含量以及混矸程度,以便掌握和监控煤炭质量。目前,基于可见光-近红外反射光谱的煤炭原位测试技术已经成为一个研究热点。颗粒度是影响光谱特征的重要因素,开展颗粒度对不同煤种反射光谱特征的影响研究,对于深刻认识煤的光谱特征,进而提高煤光谱识别精度具有重要意义。为此,选取我国主要煤炭富集区（包括内蒙古乌海、新疆哈密、山西阳泉）的褐煤、烟煤、无烟煤为研究对象,利用SVC HR-1024光谱仪对不同颗粒度煤样的可见光-近红外光谱进行测试,分析了颗粒度对煤样光谱反射率的影响规律,以及颗粒度对于不同煤种光谱影响的差异。在此基础上,对实验现象背后的物理机理进行了分析讨论。研究表明,变质程度不同的煤反射光谱特征基本相似,即在可见光波段反射率较低且随波长增加出现缓慢下降趋势,在近红外波段快速上升。当煤样颗粒度>0.10 mm时,颗粒度大小对光谱特征的影响较小,煤样反射光谱特征随颗粒度变化规律不明显;当颗粒度<0.10 mm时,颗粒度对煤样的光谱影响增大,且影响主要体现在近红外波段的反射率光谱曲线的斜率大小,颗粒度越小,光谱反射率曲线斜率越大。0.10 mm颗粒度可作为颗粒度对煤的光谱特征影响的敏感界限。不同煤种可见光-近红外光谱曲线受颗粒度的影响程度不同,褐煤的影响最大,烟煤次之,无烟煤影响最小。实验表明,利用反射光谱进行煤质分析和煤种识别时需要考虑颗粒度的影响,同时,选择颗粒度小于0.10 mm的粉末状样品效果要好于大颗粒或块状样品。     

钛合金高温摩擦着火理论研究

钛合金燃烧是现代航空发动机的典型灾难性事故,压气机转子与静子的异常摩擦是主要的着火源.本文基于非均相着火理论建立了考虑摩擦热源的钛合金着火模型,推导了着火温度和着火延迟时间的理论计算公式,进而分析摩擦系数、氧浓度、流速、接触半径以及阻燃层等因素对着火参数的影响规律.结果表明:当摩擦接触区的瞬时温度低于临界生热温度时,生热过程由摩擦热主导;当高于临界生热温度时,生热过程由化学反应热主导.降低摩擦系数可以显著提高着火温度,而摩擦系数的变化对着火延迟时间影响很小.着火温度随着氧浓度的增大和流速的减小均呈明显下降趋势.当氧浓度从21%增加至42%、流速从310 m/s下降至50 m/s时,着火温度分别降低约213 K和197 K.实验结果与理论计算值的相对误差为8.3%,验证了模型的可靠性.阻燃层可以明显提高钛合金的着火温度和着火延迟时间,带阻燃层的钛合金的着火温度提高约172 K,着火延迟时间提高约3 s.     

不同变质程度煤样化学结构特征FTIR表征

为研究煤样的化学结构特征随煤样变质程度加深的演化规律,采用傅里叶变换红外光谱与分峰拟合技术研究了5种不同变质程度煤样的官能团分布特征,并依据其结果计算了结构参数。结果表明：不同变质程度煤样的化学结构特征存在明显差异,但随煤样变质程度加深,其演化规律整体趋势相似,即相对具有较高活性的官能团逐渐减少,较为稳定的官能团逐渐增加,煤样的化学结构整体向稳定、有序发育。在羟基官能团方面,游离羟基逐渐减少,而羟基与芳环中π电子云间形成的羟基-π氢键逐渐增加,羟基自缔合氢键是煤中羟基氢键的主要类型,其相对含量在40％～55％内波动,羟基醚氧氢键与环状缔合氢键整体呈减少趋势。在脂肪烃结构方面,实验煤样中亚甲基的相对含量均高于甲基与次甲基,说明煤中脂环结构与脂链结构较为发达;而结构参数A(CH₂)/A(CH₃)先增后减,说明由甲基、亚甲基与次甲基构成的脂肪链在低变质程度煤样中有发育趋势,在中、高变质程度煤样中开始断裂,脂肪链总体长度呈先增长后缩短趋势,但支链数量整体上却呈先减后增趋势。在含氧官能团方面,芳香酯减少,活性较高的羧基逐渐减少,羰基在低、中变质程度煤样中相对含量的变化较小,而在高变质程度煤样中的相对含量明显减少;酚中C-O的相对含量呈先增后减趋势,芳基醚与烷基醚的相对含量逐渐增加,并成为无烟煤中的主要含氧官能团。在芳香烃结构方面,苯环取代以三取代为主,结构参数fC_ar与DOC逐渐变大,说明煤中芳香体系增大,芳香结构缩合程度逐渐增强,无烟煤中芳香结构的缩合程度远强于其他煤样。     

高浓度煤粉火焰中煤质对最佳煤粉浓度的影响

高浓度煤粉火焰对装有浓淡燃烧器的煤粉燃烧系统的着火具有十分重要的作用。本文在一简化的燃烧系统和一配备浓淡燃烧器的1 MW切圆煤粉炉内进行了大量试验,研究了煤质对最佳煤粉浓度C_(opt)的影响规律,在该最佳煤粉浓度下燃烧系统具有最高的火焰温度及最低的飞灰含碳.试验结果表明:对于所有的高浓度煤粉火焰均存在一最佳的煤粉浓度,着火特性差的无烟煤的最佳煤粉浓度显著高于着火特性更佳的烟煤,该最佳煤粉浓度随着煤质发热量Q与挥发分V乘积的增大而降低,并存在一经验公式C_(opt)=1.069-0.051·10~(-5)·V·Q。     

不同煤种下单颗粒煤粉着火特性研究

煤粉颗粒的着火特性研究对于工业锅炉中煤的高效清洁利用和燃烧器稳定安全的运行具有十分重要的作用。本文基于平面火焰燃烧器,搭建了连续激光辅助高速摄像的光学测量系统,并结合自行开发的颗粒识别与追踪算法、着火时间判定方法、双色测温法等方法,开展了对不同煤种着火方式、着火延迟、着火温度等特性的研究。结果表明:烟煤和褐煤的着火方式为均相着火,且褐煤在脱挥发分过程中存在煤粉颗粒破碎的情况,而无烟煤的着火方式为异相着火;煤等级越低的煤着火延迟时间越短,着火时颗粒温度越低,着火越容易。     

煤低温氧化的微区组分分析与反应性研究

煤的低温氧化对着火性能、反应性、煤焦质量以及煤的自燃有重要影响．本文通过TGA-DSC、FSEM和EBSP研究了烟煤和无烟煤的低温氧化特性,研究表明:活性较高的煤表面固相氧的浓度增量比热重低温段的表观增重量大得多;根据最大吸氧量确定的着火温度随煤变质程度的加深和升温速率的增加而增加;升温速率小于1／12 K／s时,最大氧化速率和最大吸氧量能代表煤的氧化活性;含灰量低的中等变质程度的煤氧化活性最高;化学吸氧经历了从临界活化能、到活化能减小再增加到极大最后吸附终止的过程．     

典型煤的近红外反射光谱特征的方向性研究

高光谱遥感是煤矿区探测的有效方法,对于煤炭资源调查、矿区环境监测等具有重要意义,其中煤、矸石、植被、水体等被遥测物各个方向的反射光谱特征是煤矿高光谱遥感的基础,为此有必要针对典型煤的方向反射光谱特征进行研究.从我国不同矿区收集了无烟煤、烟煤、褐煤三大类煤中的4种典型煤样,4种煤样按煤阶由高到低顺序包括无烟煤一号、贫煤、...     

氧化无烟煤的谱学研究

变质程度高、碳含量高的无烟煤是生产活性炭的主要煤种。无烟煤的结构特征在其材料方向开发利用中起着决定性作用,可以通过化学氧化的方法对煤的结构进行定向优化。以云南昭通地区天然高碳低灰无烟煤为原料,采用硝酸/硫酸酸浸氧化法制备了氧化无烟煤。使用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对产物进行结构和谱学特征研究。结果表明, 无烟煤具有介于石墨和无定形碳之间的类石墨微晶结构;相较于烟煤和褐煤,无烟煤微晶堆叠高度(L_c)、微晶直径(L_a)较大,结构有序度介于低变质煤和石墨之间。无烟煤的氧化经过两个主要过程,微晶片层边缘被氧化卷曲破坏引起片层平均直径L_a减小。新的CO键在片层边缘生成,硫酸与硝酸进入片层边缘层间域。H₂SO₄和HNO₃作为插层剂进入无烟煤微晶碳中,层间距d₍₀₀₂₎由原煤的0.351 nm增长到了0.361 nm。原有的微晶片层被剥离开,微晶片层的堆叠层数,由6下降到4.5,Raman光谱中I_D1/I_G相较于原煤增大(1.9→2.0),G峰的半峰宽(FWHM)升高(63→68),D₂峰的强度提高(10.26→13.78)。大量新的—C—O—,CO和—NO₂键生成,富氧程度参数大幅提高(0.11→0.42)。经过混酸处理的氧化无烟煤,芳香度f_a提高,结构有序度降低,新增了大量反应活性点,在无烟煤基多孔炭材料开发等领域具有很大潜力。     

柠檬酸微波加热法制备纳米SnO_2及其气敏性

用柠檬酸微波加热法制备了一系列SnO2纳米粉末,柠檬酸的用量和热处理温度对样品的粒径有一定的影响,随着柠檬酸用量的增加,所得样品的粒径由20nm减小到13nm。气敏性测试结果表明,随样品的粒径减小气敏活性明显增大。     

印尼褐煤经溶剂提质后理化特性的变化规律

分析印尼褐煤经乙醇和正己烷两种有机溶剂加压提质后理化特性的变化规律。在反应温度为300℃,压力为17MPa时,褐煤经乙醇提质后的固体产率为65.1%;在反应温度为300℃,压力为12 MPa时,褐煤经正己烷提质后的固体产率为74.4%。提质后褐煤的O/C和H/C降低,热值大幅度提高,煤阶升高。提质后褐煤表面产生较多微孔和大孔,且随着反应温度的增加,小孔数量减少,大孔数量增加。提质后褐煤中羧基、羰基、羟基等含氧官能团大幅度减少,芳香环缩合程度增加。在反应温度为300℃下,褐煤中的羰基所含比例由原煤19.42%分别下降到5.72%(乙醇提质)和2.04%(正己烷提质),而羧基已经全部分解。     

表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

在实验室反应釜中于不同的温度(35 ℃, 55 ℃和70 ℃) 下, 以氟气体积浓度为12.5%的氟/氮混合气对热压制备的聚乙烯(PE) 片状试样(厚约0.8 mm) 进行了相同时间(2 h) 的表层氟化改性. 利用压力波法研究了氟化温度对PE中空间电荷积累的影响. 结果显示, 随着氟化温度的提高直流高压作用下的氟化试样中的空间电荷积累明显减少, 这个70 ℃的氟化试样中几乎没有空间电荷. 衰减全反射红外分析表明, 氟化引起了试样表层化学组成的本质变化及氟化度随氟化温度的明显提高. 接触角测量与表面能计算间接地表明了这些氟化层有显著增大的介电常数. 开路热刺激放电电流测量进一步揭示了这些氟化层 不同的电荷捕获特性, 及随着氟化温度的提高氟化层对化学杂质从半导性电极向PE扩散的增强的阻挡特性, 因此表明氟化层中自由体积的相应减小. 表层自由体积的减小对抑制空间电荷的积累, 比介电常数的增大和电荷陷阱的变化起到更加显著的作用.     

具有不同界面相厚度的混凝土动态特性

在细观层次上,可将混凝土看作由水泥砂浆、粗骨料和界面相组成的三相复合材料。为探讨界面相对混凝土动态力学特性的影响,编写了含界面相的圆形骨料随机分布程序,并对具有不同界面相厚度的混凝土动态破坏过程进行模拟,揭示界面相厚度、粗骨料大小、粗骨料体积分数和试件尺寸对混凝土动态特性的影响规律。研究表明:与普通混凝土相同,含界面相的混凝土表现出明显的尺寸效应;随着界面相厚度的增大,混凝土承载能力逐渐减小;保持界面相厚度和粗骨料尺寸不变时,随着粗骨料体积分数的增加,混凝土承载能力呈先增大后减小趋势;保持粗骨料最小粒径和界面相厚度不变时,随着粗骨料最大粒径的增大,混凝土承载能力呈先增大后减小趋势。     

CVD法制备碳纳米管的TG-DTA研究--温度对CVD法制备碳纳米管的影响

基于碳纳米管粗产品中无定形碳和不同直径碳纳米管对氧的反应活性的差异 ,通过差热 -热重 (TG DTA)方法 ,结合透射电镜 (TEM)和X射线衍射 (XRD)的测试结果 ,研究了合成温度对以乙炔气体为碳源 ,用CVD法制备碳纳米管的石墨化程度、碳纳米管直径以及直径分布的影响 .结果表明 :反应中 ,由于催化剂Co/SiO2中活性组分 (Co)微晶随合成温度的升高而增大 ,导致所制备的碳纳米管的直径增大 ,从 2 0～ 30nm (6 5 0℃ )增加到 30～ 5 0nm (75 0℃ ) .碳纳米管的石墨化程度随着反应温度的升高而增加 .XRD实验结果还表明 ,当合成温度从 6 5 0℃增加到 85 0℃时 ,2θ值从 2 5 .8°增加到 2 6 .8°,(0 0 2 )晶面的层间距从 3.45 减小到 3.32 ,即随着合成温度的升高 ,碳纳米管 (0 0 2 )晶面的层间距减小 .通过DTA放热峰的峰温和半峰宽的分析得出 ,无定形碳的放热峰峰温Tp<380℃ ,其含量随着温度的升高而减小 .碳纳米管的DTA放热峰的峰温Tp 随着碳纳米管的直径和石墨化的程度的增加而升高 ,半峰宽随着碳纳米管的直径的分布范围增大而增宽 .低温 (6 5 0℃ )有利于生成直径小且均匀的多层碳纳米管 (2 0～ 30nm) ,而高温 (大于 75 0℃ )则有利于生成直径大的多层碳纳米管 (大于 30～5 0nm) .     

单颗粒无烟煤着火特性典型影响因素研究

为理解不同典型参数对无烟煤着火特性的影响,本文建立了单颗粒煤粉着火模型。基于主要的总包非均相反应和气相反应及相应的对流和传热传质规律,模拟O_2/N_2燃烧方式下煤粉颗粒的着火过程,研究了不同的气流温度、O_2浓度、对流条件等关键因素对无烟煤颗粒着火的影响特征,结果表明气流温度增加时煤粉颗粒着火延迟时间在不同对流条件下普遍变短,且温度较高时着火延迟时间对对流强度变化的响应有所减弱;在相同气流温度和O_2浓度条件下,气流对流强度处于较低水平时,其变化对着火延迟时间的影响相对明显;当气流的温度和对流条件一定时,O_2浓度增加则着火延迟时间变短,但影响较小。模型得到文献数据的有效检验。     

圆翅片叉排热管散热器流动和传热特性数值分析

文中针对三维坐标系下,圆翅片叉排热管散热器的流动和传热特性进行数值模拟研究。分析了三个主要影响因素:翅片间距、翅片厚度和排间距对平均换热系数、流动摩擦系数和热阻的影响。翅片间距分别为6mm、7mm和8mm,翅片厚度分别为0.8mm、1mm和1.2mm,排间距分别为21.7mm、23mm和24.3mm。模拟结果表明:随着迎面风速增加,摩擦系数减小,传热热阻减小;随着翅片厚度的增加,摩擦系数减小、换热能力增强,热阻在大Re时增大明显。随着翅片间距的增大,摩擦系数增大,换热能力提高,热阻增大;随着排间距的增大,摩擦系数在正三角形管排布时的值上下变动,且只有排间距显著增大时,换热能力和热阻才会增大。     

可弯曲式有机电玫发光器件的出光率

基于几何光学模型及其原理,推导出在不同弯曲情况下可弯曲式有机电致发光器件的出光率表达式,分析了器件出光率受基板曲率、厚度及有机层折射率的影响,并与平整有机电致发光器件的出光情况作了比较.结果表明:当器件向外弯曲时,出光率随着基板曲率与基板厚度的增大而增大,随着有机层折射率的增大而减小;当器件向内弯曲时,出光率随着基板曲率与基板厚度的增大而减小,随着有机层折射率的增大而减小.对于平整器件,其出光率随有机层折射率的增大而减小.     

一种太阳能热声发动机的研制及其性能研究

设计搭建了一台由双轴跟踪菲涅耳透镜集热器和驻波发动机组成的太阳能热声发动机,并在此基础上研究了不同工质配比、板叠厚度和谐振管长度对起消振温度和压力振幅的影响。实验结果表明,当氦气摩尔比为0.25~0.50时,混合气体有更低的起消振温度和更大的压力振幅。当板叠厚度由0.45 mm减至0.15mm时,起振和消振温度降低,压力振幅上升。随着谐振管长度的增加,起消振温度降低,压力振幅提高,当谐振管管长2.1 m时分别获得297℃和176℃的最低起振和消振温度,以及69.1 kPa的最大压力振幅。     

透射式激光烧蚀含能聚合物的羽流实验

搭建了透射式羽流观测平台,研究了不同烧蚀层厚度的聚叠氮缩水甘油醚/硝化棉(GAP/NC)的共混聚合物薄膜透射式激光烧蚀羽流特性.实验结果表明:透射式烧蚀首先在未受基底层约束的一侧形成突起,突起不断膨胀最终破裂;羽流中大颗粒物质速度不同,主要分为两部分,位于烧蚀层不同位置.随着烧蚀层厚度的减小,纵向激波和物质颗粒的速度增大,物质颗粒尺寸减小,表明随着烧蚀层厚度的减小比冲增大.     

镁颗粒群非稳态着火过程数值模拟

建立了镁颗粒群着火的一维非稳态有限影响体模型, 数值模拟颗粒群中镁颗粒的着火过程. 研究表明, 当镁颗粒表面反应加剧之后,颗粒相温度急剧上升, 迅速达到着火, 而其周围气相的温升速率却远小于颗粒的温升速率; 在着火过程中气相温度只在颗粒表面附近升高比较明显, 整体温度升高不大. 分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火的影响. 随颗粒浓度的增加, 颗 粒群变得易于着火, 其着火时间变短, 但颗粒浓度增大到一定程度后, 继续增大该值将对颗粒群的着火起消极作用. 环境压力对颗粒群着火的影响比较小,在1-5 atm范围内颗粒群的着火性能基本不变. 气相中氧气浓度对颗粒群的着火性能影响也不显著, 但当氧气浓度过小时, 对着火过程的影响将大大增强.颗粒粒径、气相/颗粒相初温、辐射源温度对颗粒 群着火的影响巨大,小粒径、高温度促使颗粒群快速着火.数值模拟与文献中试验 结果的变化趋势相一致.