劣质烟煤和无烟煤燃烧生成飞灰的电镜研究

一、前言 粉煤燃烧是一个非常复杂的物理化学过程。当煤粉被喷入锅炉炉膛后,受到火焰的辐射加热和回流烟气的对流加热,温度急剧上升,加热速率非常快,可达10~5K/秒。在一个极短的时间内,在煤粉粒子与周围介质之间及粒子内部进行着一系列的热质交换和化学反应:煤粒析出挥发份;挥发份与周围氧化介质发生气相反应;其反应产物与剩余焦碳     

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性.介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0μm活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.7—70.0μm/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.0—8.0μm/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz.对于粒径为3.0μm的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s.结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.     

湍流条件下煤粉颗粒群着火特性实验研究

本文搭建了平面火焰携带流反应器系统,研究了不同煤粉条件下煤粉颗粒群湍流射流着火特性。实验表明,湍流射流速度下低挥发份煤着火表现出扩散状暗红色火焰形态;随挥发分含量的增大,火焰亮度增加,并且在一定高度处发展为颗粒群群燃着火。随给粉量的增大,着火延迟呈现先减小后增大的趋势,最佳给粉浓度为0.75~1.00 kg/m~3。随粒径的减小,加热速率更快,挥发分大量析出使得火焰亮度增加;并且颗粒间的相互作用增强,更早出现颗粒群的群燃现象。     

再燃降低NO_x排放及煤粉燃尽特性研究

以包含两种低挥发份贫煤在内的四种煤作为主燃料,在一维炉和一台93 kW卧式单角炉上对气体燃料再燃过程及煤粉和再燃燃料的燃尽特性进行了详细实验研究,同时对炉膛内NO_x浓度分布等进行了测量和分析.实验发现,再燃过程除了要采用合适再燃区停留时间外,气体再燃燃料还应选择在炉膛内NO_x浓度较大区域内喷入,以提高再燃脱硝效率.实验结果表明,即使采用低挥发份煤作为主燃料,当再燃区停留时间达到约0.7～0.9 s,气体再燃燃料比例达到10%～15%时,气体燃料再燃过程就能在保证煤粉颗粒燃尽率不明显降低前提下,获得50%以上的再燃脱硝效率.     

稻壳热解的动力学模拟

生物质热解过程的动力学行为研究对于热化学转化过程机理的掌握和热化学转化技术的开发具有重要意义.本文采用Miller模型对稻壳在低升温速率下的热解进行了动力学模拟,并利用热重分析实验结果对模拟过程的有效性进行了对比验证.模拟计算结果显示气体百分含量在650～780K范围内随温度升高迅速增加,炭含量在500～680K之间随温度升高迅速下降,焦油含量随着温度升高在650K左右达到最高值.同时升温速率的提高可以抑制炭的生成,增加气体和焦油最大产量,在100K/min的升温速率下,气体产量在780K达到最大56.3%,焦油产量在678K左右达到最大26.8%.     

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．     

淮南烟煤粒燃烧的初步研究

本文研究了用石英丝和双铂铑热偶丝悬挂的7.5—8.5mm淮南烟煤粒在1000℃的含氧23％的热气流中燃烧,得到了煤粒失重曲线及温升曲线。其结果表明,挥发份的释放和燃烧对煤粒着火和燃尽过程有重要作用。文中提出了煤粒同时有挥发和燃烧的模型,其计算结果和实验对照说明此模型可用,同时也指出,对我国不同煤种的煤粒还需进一步进行研究。     

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。     

中美典型煤种的脱挥发分特性

本文以中美典型煤种为研究对象,研究了不同煤阶煤种在接近于工业炉膛的O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的脱挥发分特性。详细对比探究了煤阶和脱挥发分气氛对表观挥发分产率、元素释放率和挥发分热值的影响。研究结果表明;高挥发分煤在O_2/CO_2气氛下的高温快速脱挥发分产率低于O_2/N_2气氛;煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下脱挥发分过程中元素的释放率没有明显差异;单位kg煤粉中含有挥发分的热值随煤阶的增加而降低;单位kg高挥发分的烟煤、次烟煤和褐煤在O_2/CO_2气氛下的挥发分热值要低于O_2/N_2气氛。     

用快速加热热天平研究煤的可燃性指标

近年来国内外在煤的燃烧特性方面进行了大量的研究,关于煤的挥发份析出规律、着火温度、燃烧速度及燃烬时间等煤可燃性重要参数,得到了很多实验结果和理论分析。但总体来说这方面工作还很不完善,都有一定的相对性和局限性。我们在参考一些国内外文献及实验设备的基础上,建立了一套快速加热,快速分析的新型热天平实验系统,使     

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。     

煤颗粒热解的传热传质分析

采用分布活化能模型及能量守恒方程对煤颗粒热解的传热传质过程建立数学模型,模型考虑煤热解的吸热效应及挥发分逸出时对流换热的影响.与有关煤粉和大颗粒煤热解的实验数据对比,对模型进行验证.针对煤颗粒的温度变化过程和煤热解过程进行数值分析,研究煤热解的吸热效应、挥发分气体逸出的对流效应、颗粒尺寸等参数的影响.     

垃圾混煤热解特性的实验研究

以固定床热解反应器为背景,研究掺煤量和加热速率对垃圾混煤物料热解特性的影响,实验结果表明:提高加热速率可以有效缩短热解时间,增加掺煤量可以改变反应床结构,提高料层传热速率,缩短热解时间;在19.6 kW供热条件下,掺煤100 g和掺煤200 g热解时间分别为110 min和99 min;气体产率分别为25.6％和28.1％,气体热值分别为18255 kJ/m3和19830 kJ/m3。     

激光点火煤粒着火的模型分析

本文对颗粒煤在激光加热条件下的着火和燃烧进行了数值模拟。采用的是一个简单的煤粒着火与燃烧的一维模型。该模型采用了热解和双平行反应模型,考虑了煤粒表面的多相反应和气相的基元反应以及气相中的传热与传质。从获得的煤粒表面和气相空间的温度随时间的变化规律,可以判断不同煤种的着火方式。     

高温非平衡条件下氟原子亲电动力学的激波管研究

用激波管方法研究了氟原子亲电动力学.利用反射激波加热获得离子化气体,随后经冷却速度达106K/s的强稀疏波冷却,离化气体将经历以电子复合为主的非平衡过程.用Langmuir静电探针监测反射激波后离子浓度随时间的演变,分析了探针工作状态,引入了探针鞘层内的弹性散射修正.测定了温度在1200～2200K以氩气为碰撞第三体的F原子与电子复合速率系数,讨论了温度依赖关系.     

煤热解挥发分还原NO的反应过程分析

采用详细的化学反应动力学机理对烟煤快速热解挥发分气体还原NO过程进行了数值模拟.根据实际反应条件确定模拟条件为0.1 MPa,1273～1573 K,煤质为准格尔烟煤。首先应用FG-DVC模型模拟得到了热解条件下的气体成分和含量,然后将该气体作为再燃燃料,选取化学当量比为0.6、1.0和1.2进行还原NO的计算.通过敏感性分析和生成速率分析,发现了控制NO生成和还原的关键步骤.只有CH_3、N_2O、NH_i、HCN和H_2CN才可以将NO还原成N_2。     

煤粉燃烧过程中灰膜形成比例实验研究

煤焦颗粒燃烧过程中,灰膜形成显著影响其燃烧特性。因此,本文借助高温沉降炉研究了61~75,75~90和90~125μm三种粒径黄陵烟煤在1273和1673 K温度下的燃烧特性与灰膜形成比例;借助扫描电镜(SEM)详细观测空心微珠颗粒内部结构,提出灰膜比例计算公式,并分析温度,粒径和碳转化率对灰膜比例的影响。结果表明,高温下大部分灰分在焦炭烧尽阶段以灰膜形式存在。灰膜比例随温度和碳转化率增加而增加,随煤粉粒径增大而减小。高温下灰分用于形成灰膜比例相对较高,这为煤焦燃尽阶段的低反应性提供了合理的解释。煤焦颗粒动态燃烧过程中灰膜形成比例随燃烧工况变化而变化。该研究为煤焦颗粒燃烧动力学模拟灰膜比例选择提供了关键数据支撑。     

非晶锂离子导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3晶化初期的核磁共振研究

通过真空密封热处理、避免了样品晶化后吸水引起的误差,采用脉冲法在293K和77K测量了晶化过程初期三种非晶锂离子导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3(x=0.15,0.10和0.05)的~7Li核磁共振谱。 发现在低温(77K)只有固相锂离子对应的自旋-自旋弛豫时间T_2=87μs,严格按高斯函数衰减。在室温下固相锂离子对应的T_(2s)=127μs,仍是高斯型;但液相锂离子对应的T_2却按洛仑兹函数衰减。这反映出锂离子导体的固-液二相性。 三种非晶B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3(x=0.15,0.10和0.05)分别在热处理温度401,388和381℃附近,其液相锂离子对应的T_(2l)都剧增,其吸收谱线宽都变窄。由此再次验证了非晶母体与微晶之间的两相界面效应的物理图象。     

煤颗粒内水分介电各向异性分布的研究

煤中水分的分布是煤科学研究中的一个重要问题。本文把煤介电常数的各向异性性质结合微波加热技术,对煤中水分的分布规律进行实验研究,然后建立了水分分布模型进行理论分析,理论分析结果与实验结果进行比较分析,结果基本吻合。最后给出由模型计算所得的典型煤种的水分分布预测曲线。     

生物质热解和燃烧过程中钾的析出迁移特性研究

生物质在热转化过程中,部分K进入到气相,会造成高温对流受热面积灰结渣和高温腐蚀等严重问题。本文利用固定床实验系统对生物质热解和燃烧过程中碱金属的析出迁移特性展开了研究。实验结果表明:温度升高有助于小麦秸秆中K元素的析出,而氧化性气氛能促进K元素的析出;小麦秸秆和稻壳的热解析出曲线差异较大,燃料种类对K元素的析出起着决定性作用;在所研究的温度范围内,水溶性K的析出占据着主导地位。